Design of a permanent magnet direct recycling line: a comprehensive approach towards a circular economy

In today's tech-driven world, sustainable practices are vital amidst increasing energy and resource demands. Linear economies, which follow a "take-make-dispose" model, are outdated. Circular Economy (CE) solutions, which emphasize resource efficiency and waste reduction, play an essential role. This thesis focuses on the direct recycling of permanent magnets extracted from end-of-life electric motors to support sustainable resource management within a circular economy framework. The findings show a gap in the literature regarding a systematic and detailed examination of the processes involved in the recycling of permanent magnets. To address this research challenge, a comprehensive review of circular economy principles and their application in the recovery industry was conducted, employing qualitative and quantitative methods, including literature reviews, patent landscape analysis, and exploration of corporate initiatives. The result is the effective integration of multiple alternatives, processes, stations, parameters, and tools within the direct recycling line to produce sintered and bonded permanent magnets. These processes encompass, among others, demagnetization and precise magnet extraction, where it was established that the use of inert surfaces is not necessary as long as the magnets have protective coatings; hydrogen decrepitation, where its use was justified by showing benefits in the final magnetic properties and economics, by requiring less milling and delivering a magnet powder in better condition; and the post-processing of magnetic powder, where strategies for the removal of unwanted materials such as degassing and hydrogenation disproportionation desorption and recombination (HDDR) were described. This study fills the gap by being a pioneer in the systematic identification and establishment of all the steps intrinsic to the execution of a recycling line. This integrated approach not only marks a significant accomplishment but also holds the potential for economic and environmental advantages by reducing energy consumption and carbon emissions mainly attributed to excluding the strip-casting step presented in virgin production.

Nel mondo di oggi, guidato dalla tecnologia, le pratiche sostenibili sono vitali di fronte alla crescente domanda di energia e risorse. Le economie lineari, che seguono un modello "produci-consuma-butta", sono obsolete. Le soluzioni dell'Economia Circolare, che enfatizzano l'efficienza delle risorse, svolgono un ruolo essenziale. Questa tesi si concentra sul riciclo diretto di magneti permanenti estratti dai motori elettrici giunti alla fine della loro vita utile, al fine di sostenere la gestione sostenibile delle risorse. I risultati mostrano una lacuna nella letteratura riguardo a un'esame sistematico e dettagliato dei processi coinvolti nel riciclo dei magneti permanenti. Per affrontare questa sfida di ricerca, è stata condotta una revisione dei principi dell'economia circolare e nell'industria del recupero, utilizzando metodi qualitativi e quantitativi, tra cui revisioni bibliografiche, analisi del panorama dei brevetti ed esplorazione delle iniziative aziendali. Il risultato è stata l'efficace integrazione di alternative, processi, parametri e strumenti all'interno della linea di riciclo diretto per la produzione di magneti permanenti sinterizzati e bonded. Questi processi includono, tra gli altri, la demagnetizzazione e l'estrazione precisa del magnete, dove è stato stabilito che l'uso di superfici inerti non è necessario purché i magneti abbiano rivestimenti protettivi; la decrepitazione dell'idrogeno, il cui utilizzo è stato giustificato mostrando vantaggi nelle proprietà magnetiche finali ed economici, richiedendo meno fresatura e fornendo una polvere di magnete in migliori condizioni; e la post-lavorazione della polvere magnetica, dove sono state descritte strategie per la rimozione di materiali indesiderati come degassing e idrogenazione con disproporzionamento desorbimento e ricombinazione. Questo studio colma la lacuna essendo un pioniere nell'identificazione sistematica ed istituzione di passaggi intrinseci all'esecuzione di una linea. Questo approccio integrato offre potenziali vantaggi economici e ambientali, riducendo il consumo di energia e le emissioni di carbonio dovuto all’esclusione della pezzo fuso della striscia nella produzione vergine.