Recyclen in einem Rutsch

In Elektromotoren oder auch Windr├Ądern werden leistungsstarke Permanentmagnete eingesetzt, die auf den Seltenen Erden Neodym und Dysprosium basieren. Ein neues Verfahren von Fraunhofer-Forschern erm├Âglicht es k├╝nftig, das Werkstoff-Gemisch schnell und kosteng├╝nstig zu recyceln.

F├╝r die wei├čen Riesen und auch in Autos sind anstelle eines Getriebes immer ├Âfter leistungsstarke, tonnenschwere Permanentmagnete verbaut. Mit ihnen lassen sich die zahlreichen elektrischen Stellmotoren, die beispielsweise Scheibenwischer antreiben, deutlich kleiner und leichter auslegen.

Permanentmagnete basieren auf Neodym, Eisen und Dysprosium

Die leistungsst├Ąrksten Permanentmagnete basieren auf Neodym, Eisen und Bor. Auch Dysprosium ist oftmals enthalten. Das Problem: W├Ąhrend Eisen und Bor gut verf├╝gbar sind, ist die Versorgung mit Neodym und Dysprosium kritisch. Denn diese Seltenen Erden werden unter schwierigen Bedingungen und mit viel Energieaufwand gewonnen.

Forscher versuchen daher, Magnete zu recyceln. Bislang hei├čt das: Sie ziehen die einzelnen Seltenen Erden aus dem Magneten wieder heraus. Das ist ein sehr aufwendiger und kostenintensiver Prozess. Einen anderen Ansatz verfolgen Wissenschaftler der Fraunhofer-Projektgruppe f├╝r Wertstoffkreisl├Ąufe und Ressourcenstrategie IWKS in Alzenau und Hanau des Fraunhofer-Instituts f├╝r Silicatforschung ISC. ÔÇ×Statt jede Seltene Erde einzeln wiederzugewinnen, recyceln wir den kompletten Werkstoff, also den gesamten Magneten ÔÇô und das in wenigen Schritten”, erl├Ąutert Oliver Diehl, Wissenschaftler in der Projektgruppe IWKS. ÔÇ×Der Prozess ist deutlich einfacher und effizienter, denn die Zusammensetzung des Materials ist bereits wie gew├╝nscht.”

R├╝ckgewinnung durch Schmelz-Schleuder-Verfahren

Die Wissenschaftler setzen dabei auf das Melt-Spinning-Verfahren. Dabei verfl├╝ssigen die Forscher den Magneten in einem Schmelztiegel. Das hei├če Material wird auf ein wassergek├╝hltes Kupferrad mit einer Geschwindigkeit von 10 to 35 Metern pro Sekunde aufgespr├╝ht. Sobald der Schmelztropfen das Kupfer ber├╝hrt, gibt er seine Hitze innerhalb von Sekundenbruchteilen an das Metall ab und erstarrt. Die entstehenden Gebilde nennen die Forscher ÔÇ×Flakes”. Das Besondere an diesen Flakes ist die entstehende wahlweise amorphe Struktur, bei der die Atome vollkommen unregelm├Ą├čig angeordnet sind, oder eine nanokristalline Struktur, bei der sich die Atome nur in nanometergro├čen Bereichen in einer Kristallstruktur anordnen. Der Vorteil: Die Korngr├Â├čen lassen sich gezielt variieren. ├ťber sie kann man auch die Eigenschaften des Permanentmagneten ver├Ąndern. Zuletzt werden die K├Ârner zu einem Pulver zermahlen, das sich weiterverarbeiten l├Ąsst.

Erster Magnet erfolgreich recycelt

Eine Demonstrationsanlage haben die Wissenschaftler bereits aufgebaut und konnten dort Magnete wiederverwerten. ÔÇ×Die Demoanlage kann bis zu einem halben Kilogramm Schmelze verarbeiten und liegt damit zwischen einer Labor- und einer Gro├čanlage”, konkretisiert der Wissenschaftler.

Nun optimieren die Forscher die Eigenschaften der recycelten Magnete, indem sie das Melt-Spinning-Verfahren variieren: zum Beispiel ver├Ąndern sie die Geschwindigkeit des Kupferrades oder die Temperatur der Schmelze w├Ąhrend des Prozesses der Rascherstarrung. Beides hat Einfluss auf die Abk├╝hlrate und damit letztlich auf die Kristallstruktur des erstarrten Materials.

Those: Medizin und Technik

http://www.medizin-und-technik.de/home/-/article/33568401/41149994/Recyclen-in-einem-Rutsch/art_co_INSTANCE_0000/maximized/

 

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