Auf den Dreh kommt‘s an

Patentierte Anlagentechnik gewinnt SE-Magneten zurück.

2012 wurde rund ein Fünftel aller in Deutschland eingesetzten Seltenen Erden in Hochleistungsmagneten verbaut. Sie finden sich vor allem in Elektrokleingeräten wieder, aber auch in größeren Mengen, beispielsweise in Windkraftanlagen. Während es sich bei solchen Großgeräten lohnt, eine händische Demontage zur Rückgewinnung vorzunehmen, landen weiterhin Kleinstmengen wie der Rohstoff Neodym irreversibel in den Hochöfen der Stahlindustrie.

Das japanische Elektro- und Maschinenbauunternehmen Hitachi gab 2010 bekannt, Festplatten und Kompressoren automatisiert recyceln zu können, und sichert sich damit eine autarkere Rohstoffversorgung im Bereich der Seltenen Erden. Angesichts der Vormachtstellung Chinas, die laut einer aktuellen Studie des Zentrums für Europäische Wirtschaftsforschung mindestens bis zum Ende der Dekade weiter anhalten wird, ist solches Recyceln durchaus sinnvoll. An der Westfälischen Hochschule in Gelsenkirchen wird daher im Zentrum für Recyclingtechnik an einer patentierten Anlagentechnik zur Rückgewinnung von Hochleistungsmagneten geforscht, die unter Einsatz eines Wirbelstromabscheiders Eisen- und Dauermagnet-Stoffströme trennen kann.

Vorsortieren, vereinzeln, trennen

Die automatisierte Trennung von neodymhaltigen Magneten aus Elektro- und Elektronikschrott besteht aus Zerkleinern, Wärmebehandlung und Wirbelschicht-Separierung. Bei diesem Verfahren zerkleinert zunächst ein Schredder die Geräte. Dabei wird Energie in das Material eingebracht, und die entstehende Erwärmung führt zu einer teilweisen Entmagnetisierung. Die Schwächung des Magnetfeldes ist notwendig, um die Haftung an den Eisenteilen zu optimieren; ein zusätzlicher Temperier-Vorgang stellt das sicher. Die Herausforderung liegt darin, die Temperatur homogen zu verteilen, da die Sortierreinheit stark von dieser Temperatur abhängt.
Am Ende einer Vorsortierstufe bleibt ein reines Eisenschrott-Magnet-Gemisch; die anschließende Vereinzelung unterbindet Wechselwirkungen der Teilchen untereinander. Nach diesen Vorprozessen separiert dann ein Wirbelstromabscheider Eisenteile und Magnete, indem er die Magnete aus dem Materialfluss wirft.

Grafik: Westfälische Hochschule Gelsenkirchen

Grafik: Westfälische Hochschule Gelsenkirchen

Optimum fallbezogen feststellen

Während des Prozesses ist eine Reihe von Details zu beachten. In Abhängigkeit von der verwendeten Technik, der Verweildauer und der Materialien können die Temperaturen im Zerkleinerer variieren. Lage und Orientierung der Magnete sind beim Vereinzeln nicht kontrollierbar. Die Phasenverschiebungen des Polrades zu den einzelnen Magneten können bei starrer Drehzahl nicht kompensiert werden. Die Abwurfweite der Materialien wechselt aufgrund der vielen Einflussfaktoren stark. Frequenz, Polabstand und -prägung, Bandgeschwindigkeit, Rotationsrichtung und verbleibende Wechselwirkung der Teile untereinander: Von ihnen hängt die Sortierreinheit der Dauermagneten ab. Das Optimum freier Parameter lässt sich nur fallbezogen feststellen.

An Hand von Versuchen und Berechnungen steht bis jetzt fest: Durch die verschiedenen Deformationen und Größen beim Schreddern verfügt jede Anlage über ein individuelles Optimum für den Pol­abstand – die Entfernung der Pole in der Magnettrommel, aus der die optimale Drehzahl bestimmt werden kann. Für die Zukunft ist es daher wichtig, weitere Erfahrungen in diesem Bereich zu sammeln und zu dokumentieren, um die Technik zuverlässig und anwenderfreundlich einsetzen zu können.

Chancen zum wirtschaftlichen Recyceln

Durch den vielfältigen Einsatz Seltener Erden wird China den Weltmarkt mit preiswerten Rohstoffexporten noch bis zum Ende der Dekade kontrollieren können. Damit sind die Chancen zum wirtschaftlichen Recyceln von Dauermagneten kurz- und mittelfristig durchaus noch gegeben. Der Einsatz effizienter Recyclingtechnik könnte die notwendigen Mengen für die Produktion und somit die umweltbelastenden Einflüsse senken und solch starke Preisanstiege für Seltene Erden, wie von 2009 bis 2011 im Markt geschehen, begrenzen.

Mit dem an der Westfälischen Hochschule Gelsenkirchen entwickelten, mittlerweile patentierten Verfahren ist bereits ein geeigneter Ablauf erprobt und im Realmaßstab umgesetzt. Notwendige Untersuchungen zur Verfahrensoptimierung hinsichtlich Sortierreinheit, Wärmeleitung und Energiebilanz stehen jedoch noch aus.

Autoren: Thomas Spieker, Lutz Baberg, Ralf Holzhauer

(EUR0814S36)

Foto: Thomas Spieker