Recyclen in einem Rutsch

In Elektromotoren oder auch WindrĂ€dern werden leistungsstarke Permanentmagnete eingesetzt, die auf den Seltenen Erden Neodym und Dysprosium basieren. Ein neues Verfahren von Fraunhofer-Forschern ermöglicht es kĂŒnftig, das Werkstoff-Gemisch schnell und kostengĂŒnstig zu recyceln.

FĂŒr die weißen Riesen und auch in Autos sind anstelle eines Getriebes immer öfter 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 leistungsstĂ€rksten Permanentmagnete basieren auf Neodym, Eisen und Bor. Auch Dysprosium ist oftmals enthalten. Das Problem: WĂ€hrend Eisen und Bor gut verfĂŒgbar 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 heißt 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 fĂŒr WertstoffkreislĂ€ufe und Ressourcenstrategie IWKS in Alzenau und Hanau des Fraunhofer-Instituts fĂŒr Silicatforschung ISC. „Statt jede Seltene Erde einzeln wiederzugewinnen, recyceln wir den kompletten Werkstoff, also den gesamten Magneten – und das in wenigen Schritten”, erlĂ€utert Oliver Diehl, Wissenschaftler in der Projektgruppe IWKS. „Der Prozess ist deutlich einfacher und effizienter, denn die Zusammensetzung des Materials ist bereits wie gewĂŒnscht.”

RĂŒckgewinnung durch Schmelz-Schleuder-Verfahren

Die Wissenschaftler setzen dabei auf das Melt-Spinning-Verfahren. Dabei verflĂŒssigen die Forscher den Magneten in einem Schmelztiegel. Das heiße Material wird auf ein wassergekĂŒhltes Kupferrad mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 35 Metern pro Sekunde aufgesprĂŒht. Sobald der Schmelztropfen das Kupfer berĂŒhrt, gibt er seine Hitze innerhalb von Sekundenbruchteilen an das Metall ab und erstarrt. Die entstehenden Gebilde nennen die Forscher „Flakes”. Das Besondere an diesen Flakes ist die entstehende wahlweise amorphe Struktur, bei der die Atome vollkommen unregelmĂ€ĂŸig angeordnet sind, oder eine nanokristalline Struktur, bei der sich die Atome nur in nanometergroßen Bereichen in einer Kristallstruktur anordnen. Der Vorteil: Die KorngrĂ¶ĂŸen lassen sich gezielt variieren. Über sie kann man auch die Eigenschaften des Permanentmagneten verĂ€ndern. Zuletzt werden die Körner zu einem Pulver zermahlen, das sich weiterverarbeiten lĂ€sst.

Erster Magnet erfolgreich recycelt

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

Nun optimieren die Forscher die Eigenschaften der recycelten Magnete, indem sie das Melt-Spinning-Verfahren variieren: zum Beispiel verĂ€ndern sie die Geschwindigkeit des Kupferrades oder die Temperatur der Schmelze wĂ€hrend des Prozesses der Rascherstarrung. Beides hat Einfluss auf die AbkĂŒhlrate und damit letztlich auf die Kristallstruktur des erstarrten Materials.

Quelle: 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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