05 Jan 2016

Seltene Erden: Recycling aus Prozessabwässern

Recycling aus Prozessabwässern ist eine wichtige Quelle zur Gewinnung von Metallen der Seltenen Erden.

05 Jan 2016

Seltene Erden (auch Seltenerdmetalle genannt) sind strategische Schlüsselelemente in der heutigen Industrieproduktion. Sie werden für die Herstellung vieler Hightech-Produkte wie LCD-Displays, Solarzellen, Batterien und Katalysatoren benötigt.  Die Nachfrage nach diesen wirtschaftlich bedeutenden Rohstoffen steigt stetig, und ihre geographischen Vorkommen sind häufig sehr begrenzt bzw. ihre Gewinnung aus Erzvorkommen ist sehr zeit- und kostenaufwendig.

Seltene Erden am Ende des 18. Jahrhunderts zuerst entdeckt

Seltene Erden oder Lanthanoide (Lanthaniden)

Metalle der Seltenen Erden
Foto: Wikipedia / Tomihahndorf, CCA 3.0

Die Bezeichnung „Seltene Erden“ ist etwas missverständlich und geht auf ihre ursprüngliche Entdeckung Ende des 18. Jahrhunderts zurück; zu dieser Zeit wurden die ersten Elemente dieser Gruppe in selten vorkommenden oxidischen Mineralien entdeckt und in Form ihrer Oxide isoliert (beispielsweise 1787 Yttriumoxid von C. A. Arrhenius, 1794 Gadolinit von Gadolin). Unter der Bezeichnung Seltene Erden werden heute die Elemente der 3. Nebengruppe (Scandium, Yttrium, Lanthan) sowie die dem Lanthan im Periodensystem der Elemente (PSE) folgenden Elemente mit den Ordnungszahlen 58 bis 71 (die sogenannten Lanthanoide) zusammengefasst, insgesamt 17 Elemente, die in reiner Form zu den Halbmetallen zu rechnen sind. Charakteristisch für die Seltenen Erden ist Besetzung der 4f-Orbitale, die energetisch sehr eng zusammen liegen und damit für die chemische und physikalische Ähnlichkeit dieser Halbmetalle, aber letztendlich auch für deren interessante Anwendungseigenschaften verantwortlich sind.

Vielfältige Schlüsselanwendungen in vielen Industriesegmenten

So wird beispielsweise Europium in Röhren- und Plasmabildschirmen für die Rotkomponente im RGB-Farbraum benötigt. Neodym wird in Legierungen mit Eisen und Bor zur Herstellung von extrem starken Dauermagneten verwendet. Diese Neodym-Magnete werden z.B. in Elektromotoren von Kfz-Hybrid-Antrieben oder auch in Generatoren von Windkraftanlagen eingesetzt. Lanthan wird für Legierungen in Akkumulatoren und anderen aufladbaren Stromspeichern benötigt. Darüber hinaus kommen Seltene Erden in Polituren zum Einsatz, in Spezialgläsern und die Leuchtmitteln für Plasma- und LCD-Bildschirme, für Leuchtstofflampen und Radargeräte. In geringen Mengen werden Seltene Erden auch in der medizinisch-diagnostischen Radiologie als Kontrastmittelbeigabe bei Kernspin-Untersuchungen verwendet.

Natürliche Vorkommen sind begrenzt, daher Recycling für Seltene Erden wichtig

Ertragreiche und somit wirtschaftlich nutzbare Lagerstätten für diese Elemente sind fast erschöpft bzw. nur sehr schwer zugänglich. Dennoch werden bislang nur zwei Prozent der in Europa verwendeten Seltenerdmetalle recycelt. Es fehlen effiziente und wirtschaftliche Recyclingverfahren.

Elektronikschrott als Quelle für Seltene Erden

Guiyu, Elektronikschrott
Foto: Wikipedia / bleahbleahbleah, Lizenz: Creative-Commons „Namensnennung – Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 nicht portiert“

Hier setzt das Projekt »MExEM« an. Dieser Forschungsverbund entwickelt und prüft derzeit ein kombiniertes Verfahren von Membranextraktion und Elektrolyse, um Seltene Erden aus den Prozesswässern der Metall- und Bergbauindustrie wirtschaftlich und ökologisch zurückzugewinnen. Der Verbund wird vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS koordiniert.

Recycling auch für Indium, Gallium und andere Wertmetalle wichtig

Ziel des neuen Verfahrens ist es, neben den Halbmetallen der Seltenen Erden auch die strategisch wichtigen Metalle Gallium und Indium aus Prozesswässern durch keramische Membransysteme wie Filter und Extraktoren selektiv aufzubereiten und anschließend elektrochemisch abzuscheiden.

Indium-Metall

Indium-Metall
Foto: Wikipedia / Nerdtalker – Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0

Dazu entwickelte man am IKTS einen komplexen chemischen Verfahrensablauf und testete diesen im Labor- und Technikumsmaßstab mit realen Prozesswässern der Nickelhütte Aue sowie mit Haldenmaterial aus der Freiberger Region. In einer Weiterentwicklung des Verfahrens Perspektivisch soll dann auch die Rückgewinnung der Elemente Tellur, Vanadium und Antimon getestet werden.

Auch für andere Wertmetalle werden rund um den Globus Recycling- und Rückgewinnungsverfahren entwickelt. Genannt seien hier beispielsweise die Rückgewinnung von Platinmetallen (Palladium, Platin) durch den Einsatz von „textilen Fängern“ oder auch die Rückgewinnung magnetisierbarer (ferromagnetischer) Elemente durch den Einsatz von Nanomagneten.

Damit zeigt sich wieder einmal, dass das Recycling und die Rückgewinnung von Rohstoffen im rohstoffarmen Deutschland eine unserer wichtigsten Rohstoffquellen für die Zukunft darstellt.

Für weitere Informationen rund um die Themenbereiche der vier Elemente Wasser, Erde, Feuer und Luft wie Trinkwasserqualität und -hygiene, Prozesswasseraufbereitung, sowie Hygiene und Desinfektion und auch dem passiven Wärmeschutz von Gebäuden schauen Sie sich gerne die Beiträge auf meiner Web-Site an und nutzen Sie das Kontaktformular der Web-Site für Ihre spezielle Anfrage.

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