Wie an die Magnete herankommen?

Dipl.-Ing. Maximilian Ueberschaar von der TU Berlin informierte auf der IFAT über neue Verfahren zur Rückgewinnung von Seltenen Erden aus Computerfestplatten im Rahmen des Verbundprojekts „UPgrade“. 

Der Maschinen- und Anlagenhersteller Doppstadt veranstaltete während der fünf Messetage in seinem „Future Pavillon“ eine Vortragsreihe. „UPgrade“, gefördert mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung in Deutschland, startete 2012. Entwickelt werden Anreicherungsverfahren zur Rückgewinnung von Antimon, Gallium, Germanium, Indium, Kobalt, Seltene Erden, Tantal und Zinn aus Elektro(nik)altgeräten. Der Forschungsansatz basiert auf der Erstellung eines Wertstoffkatasters und experimentellen Untersuchungen technischer und organisatorischer Prozesse zu dissipativen Verlusten von Spurenmetallen – auch Gewürzmetalle genannt – in gegenwärtigen Recyclingverfahren. Dabei werden experimentelle Stoffstromanalysen von ausgewählten Aufbereitungs- und Behandlungsprozessen entlang der Wertschöpfungskette durchgeführt, die der direkten Prozessoptimierung dienen sollen. Projektpartner sind: Technische Universität Berlin in Kooperation mit Fraunhofer IZM, Fachhochschule Münster, Altenburger Maschinen Jäckering GmbH, Jöst GmbH Co. KG, Loser Chemie GmbH, Remondis Elektrorecycling GmbH, SIMS M + R GmbH, Recyclingzentrum Frankfurt, Fraunhofer IVV, Institut für Abfall, Abwasser, Site und Facility Management e.V.

Mechanische und chemische Ansätze

Nach den Informationen von Dipl.-Ing. Maximilian Ueberschaar von der TU Berlin, Fachgebiet Kreislaufwirtschaft und Recyclingtechnologien, werden im Rahmen von UPgrade neue mechanische und chemische Ansätze zur Rückgewinnung von Seltenerdelementen aus Computer-Festplatten entwickelt und erprobt. Seltene Erden finden sich in den Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagneten (NdFeB-Magnete) der Festplatten sowie in den Leiterplatten, welche Spuren von Scandium, Europium, Lanthan und Cer enthalten. Während die beiden Motormagnettypen (Linear- und Spindelmotor) in den Festplatten die Metalle in hoher Konzentration als spezifische Legierung enthalten, haben Leiterplatten neben Seltenen Erden auch einen wirtschaftlich relevanten Gehalt an Edelmetallen, welche bereits in Hüttenwerken zurückgewonnen werden. Dieser etablierte Recyclingweg bringt Seltenerdelemente verfahrensbedingt mit dem Schlackenprodukt aus. Die Recyclingquote der Metalle in Festplatten liegt aber bei unter einem Prozent. Laut Ueberschaar werden Seltene Erden praktisch nicht aus Elektro(nik)-altgeräten zurückgewonnen.

In den Gleichstrommotoren moderner Festplatten und optischer Laufwerke sind vor allem polymergebundene NdFeB-Magnete eingesetzt, die eine deutlich geringere Energiedichte aufweisen als gesinterte NdFeB-Magnete und zudem korrosionsbeständiger sind. Sie werden aus einem nanoskaligen NdFeB-Pulver hergestellt, das mittels eines Polymers in Form gepresst wird. Die Zusammensetzung der Magnetlegierung ist bei polymergebundenen Magneten in der Regel sehr einheitlich – die meisten Hersteller verwenden das gleiche Magnetpulver, das weltweit nur von wenigen Herstellern produziert wird. Zu 29 Prozent ist Neodym ohne Beimischung von Praseodym oder Dysprosium enthalten.

In erster Linie können die Magnete als Legierungen mittels Resinter-Prozess recycelt werden. Dies erfordert eine vorhersagbare Zusammensetzung in Bezug auf die Hauptinhaltsstoffe wie Neodym, aber auch der Legierungselemente Praseodym und Dysprosium, wie Ueberschaar erläuterte. So unterscheidet sich die Magnetlegierung im Linear- von der im Spindelmotor. Nach derzeitigem Stand der Trenntechnik würde nur eine manuelle Demontage eine Unterscheidung zwischen diesen beiden Magnettypen und ein legierungsspezifisches Recycling erlauben. Doch das sei aufwändig und unwirtschaftlich. Gerade Spindelmotoren sind sehr komplex gebaut und können nicht ohne weiteres geöffnet und auseinandergenommen werden.

Höhere Aufkonzentration bei Prallzerkleinerung

Um an die Magnete zu gelangen, testete die TU Berlin in einer Versuchsreihe zwei mechanische Verfahren: Rund 850 Festplattenmotoren wurden in einen Shredder und 50 in einen Prallzerkleinerer gegeben. Der Output wurde gesiebt und dann analysiert. Man ging davon aus, dass sich eine pulverisierte Eisenfraktion anreichert. Im Ergebnis konnte eine hohe Aufkonzentration von Seltenen Erden festgestellt werden, die sich in chemischen Prozessen separieren lassen. Fraunhofer IGB zum Beispiel hat hierfür das Bioleaching, die spezifische Adsorption und die Elektrophorese entwickelt. Ausgangsmaterialien sind Magnetgranulate, Schleifstäube und andere magnethaltige Produktionsrückstände. Das Magnetgranulat wird durch Kombinationen von physikalisch-chemischen und biotechnologischen Verfahren in Lösung gebracht. In Bioreaktoren, die mit geeigneten Mikroorganismen bestückt sind, wird untersucht, unter welchen Bedingungen ein möglichst selektives Leaching oder eine Bioakkumulation erfolgt und in welcher Konzentration die Metalle in Lösung überführt werden können. Die resultierenden, verdünnten Lösungen werden anschließend an einer Festphase vorbeigeleitet, die Seltenerdmetallionen mit hoher Kapazität bindet. Dazu wurden im Fraunhofer IGB nanoskalige Adsorbentien entwickelt, über eine Mikroemulsionstechnik hergestellt und in poröse Trägerstrukturen eingebettet. Anschließend können die Seltenen Erden auch selektiv als kleine Volumina eluiert werden, wodurch man eine Konzentration erreicht. Danach werden die verschiedenen Metalle entweder elektrophoretisch oder galvanisch getrennt und gegebenenfalls weiter gereinigt.

Die mechanischen Versuchsreihen zeigten, dass die Aufkonzentration im Prallzerkleinerungsverfahren höher ist als durch das Schreddern der Festplattenmotoren. Allerdings bildet sich mehr Staub, der nicht abgesaugt und aufgefangen wurde. Durch den Staubaustrag ging Magnetpulver verloren. Maximilian Ueberschaar: „Beim Schreddern ist der Verlust zwar geringer, doch können wir nicht so gut liberalisieren. Das Lösungsmittel kann nicht überall rangehen.“ Und Fragen zur Wirtschaftlichkeit sind weiteren Erkenntnissen vorbehalten: Für Anlagenkonzepte im industriellen Maßstab sind die Tests nicht belastbar, wie der Referent einräumte.

Foto: O. Kürth

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