Seltene Erden aus alten Magneten

Houston (USA) - Generatoren in Windkraftanlagen oder Motoren für Elektroautos brauchen oft Permanentmagnete. Diese enthalten Metalle aus der Gruppe der Seltenen Erden. Da vor allem China die Aufbereitung der Elemente wie Neodym oder Samarium stark ausgebaut hat, beherrscht der Staat nun den Weltmarkt. Exportbeschränkungen treffen daher die Industrie in Europa, Japan und den USA hart und verzerren den Wettbewerb. Als alternative Quelle für Seltene Erden bietet sich das Recycling von Altmagneten oder Abfällen aus der Magnetproduktion an. Amerikanische Materialforschende fanden nun im Labor ein elegantes Verfahren, um Seltene Erden einfacher und mit deutlich geringerem Energiebedarf günstiger zu recyceln als mit den bisher favorisierten, metallurgischen Prozessen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ berichten, könnten mit ihrem Ansatz die Recyclingkosten sogar halbiert werden.

Jedes Jahr fallen bis zu 150.000 Tonnen Elektronikschrott allein an Permanentmagneten aus der Legierung Neodymeisenbor an. Diese Menge bildet eine wichtige Rohstoffquelle. Tatsächlich nimmt das Recycling mit mehrstufigen, metallurgischen Verfahren stetig zu. Doch diese Prozesse benötigen entweder Säuren oder sehr viel Energie zum Erhitzen und Trennen der begehrten Elemente aus den Magnetabfällen. Das Team um Shichen Xu von der Rice University in Houston erprobte nun ein neues Verfahren, mit dem sich die Seltenen Erden in einem einzigen Prozessschritt zurückgewinnen lassen.

Zuerst entmagnetisierten die Forschenden ihre Materialproben über ein Erhitzen auf 800 Grad Celsius. Danach zermahlten sie das Material zu einem feinen Pulver. Dieses erhitzten sie abermals in einem wenigen Zentimeter großen Laborgefäß mit einem Lichtbogen – sonst angewandt für das Lichtbogenschweißen – schlagartig auf 1230 bis 2000 Grad Celsius. Gleichzeitig füllten sie den Laborreaktor mit Chlorgas. So entstanden aus Magnetabfällen aus einer Samariumkobalt-Legierung sowohl Samariumoxid und Kobaltchlorid. Also Selten-Erd-Verbindungen, die sich leicht voneinander trennen ließen.

Dieses Vorgehen funktionierte auch für eine andere Klasse von Permanentmagneten aus der Legierung Neodymeisenbor sehr gut. In beiden Prozesse konnten Samarium oder Neodym in großer Reinheit vor mehr als 90 Prozent recycelt werden. Dabei verringerte sich der Energiebedarf im Vergleich zu metallurgischen Prozessen um 87 Prozent. Auf den Einsatz von Säuren konnte komplett verzichtet werden.

Nach ersten Berechnungen von Shichen Xu und seinen Kolleginnen und Kollegen könnten mit diesem blitzartigen Erhitzen unter Chlorgas die Recyclingkosten um 54 Prozent gesenkt werden. Vor einer Anwendung im Tonnenmaßstab muss das Verfahren allerdings noch auf größere Reaktorgefäße angepasst werden. Gelingt dieser Schritt, lockt ein günstiges Recycling von Magnetschrott, um die Rohstoffunabhängigkeit der Industrie von Importen aus China zu erhöhen.