Upcycling Seltener Erden aus Computer-Festplatten
Alternative für den Import Seltener Erden aus China für die Magnete von Elektrofahrzeugen, Windturbinen oder Elektronik.
Neodym-Magnete zählen zu den stärksten Permanentmagneten der Welt. Die Verbindung aus Neodym, Eisen und Bor wird in Elektrofahrzeugen verbaut, ebenso in Windenergieanlagen oder elektronischen Produkten wie Lautsprechern, Smartphones und Festplatten. Der weltweite Bedarf an Permanentmagneten steigt. Schätzungen zufolge beträgt die jährliche Wachstumsrate bis zu 8,3 Prozent. Daher ist es wichtig, schwer verfügbare Seltene Erden wie Neodym zu recyclen, was aber sehr komplex ist.
Um Neodym für neue Magnete wieder nutzen zu können, muss eine sehr hohe Reinheit gegeben sein. Einen Prozess zu etablieren, der diese Anforderung erfüllt und gleichzeitig ökonomisch bleibt, ist herausfordernd. Bislang werden Magnete in Europa daher kaum recycelt, sondern meist gesammelt, nach China geschickt und dort wieder aufbereitet. Etwa neunzig Prozent der Stoffe wie Neodym werden anschließend erneut importiert.
Im EU-Projekt NEO-CYCLE entwickelt Sandra Pavón mit Projektpartnern nun Verfahren, mit dem sich wertvolle Rohstoffe auch in Europa extrahieren lassen: „Wir möchten Seltene Erden aus Elektroabfällen rückgewinnen und sie für hochwertige Produkte wie grünen Dünger oder zur Herstellung pharmazeutischer Produkte nutzen“, erklärt die Leiterin der Gruppe Hydrometallurgisches Recycling und Rohstoffchemie am Fraunhofer IKTS in Freiberg. „So erzielen wir einen Kreislauf aus Materialien, schonen die Umwelt und fördern zudem die globale Unabhängigkeit von strategischen Ressourcen.“
Batterien auf den Puls gefühlt
Europium aus Elektroschrott
Kühlfolien aus Chipstüten
Magnete effizienter recyceln
Magnetfallen für Seltenerd-Ionen
Möglich ist der Upcycling-Prozess für verschiedene Magnete. Im Projekt NEO-CYCLE liegt der Fokus auf Hard Disk Drives (HDD), also Festplattenlaufwerke aus entsorgten Computern und Laptops, die Neodym-Magnete enthalten. „Wir testen zwei Aufbereitungsverfahren für Magnete, die Feststoffchlorierung sowie elektrochemische Verfahren, um anschließend die optimale Technologie zu identifizieren“, erklärt Pavón.
Bei der Feststoffchlorierung wird beim Projektpartner TU Bergakademie Freiberg der Neodym-Bor-Eisenmischung aus den HDD-Abfällen statt herkömmlicher Salzsäure Ammoniumchlorid zugesetzt und in einem thermischen Prozess direkt zu Metallchloriden und hochreine Ammoniaklösung umgesetzt. Das Verfahren ist bereits patentiert und wird schon für Leuchtstofflampen eingesetzt. Nun testen die Forschenden, ob dieser Ansatz auch für das Upcycling von Magneten ideal ist. Die Ergebnisse zeigen, dass sich Metallchloride deutlich effizienter aus dem Magnetmaterial lösen lassen, wodurch eine nahezu vollständige Extraktion der Metalle bei vergleichsweise geringem Chemikalienverbrauch erreicht wird.
Im zweiten getesteten Verfahren bringen die Forschenden pulverisierte Magnetabfälle in eine elektrochemische Zelle ein. Ein Elektrolyt wie verdünnte Schwefelsäure dient dabei als Reaktionsmedium für die elektrochemischen Prozesse. Aus den Magneten wird so zunächst eine Bor-Lösung extrahiert, welche später aufkonzentriert wird. Die Lösung kann in der chemischen sowie der Pharmaindustrie genutzt werden.
Anschließend trennen die Forschenden des Fraunhofer IKTS die erhaltenen Produkte der beiden Verfahren weiter auf und bringen dabei ihre Expertise in der Metallseparation und Prozesswasseraufbereitung ein. Pavón und ihr Team nutzen dafür ein selektives hydrometallurgisches Verfahren, um zunächst Neodym und Eisen zu extrahieren. Danach lassen sich die Metallsalze in ihrer reinen Form gewinnen. Die separierten Stoffe werden durch die Projektpartner weiter aufgewertet und neben der chemischen und Pharmaindustrie auch Branchen wie der Wasserstoffwirtschaft sowie der Düngemittelindustrie bereitgestellt. [Fh.-IKTS / dre]
Anbieter
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTSWinterbergstr. 28
01277 Dresden
Deutschland
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