Seltene Erden und andere Rohstoffe physikalisch recyceln

Recycling wird immer wichtiger – und zugleich anspruchsvoller: In der Elektronik- und Halbleiterindustrie, beim Hightech-Recycling oder im Bergbau fallen große Mengen von Reststoffen an, die wertvolle Rohstoffe in Form von winzigen Partikeln enthalten. Besonders gefragt sind Metalle der Seltenen Erden wie Terbium oder Yttrium. Diese stecken zum Beispiel in Bildschirmen, End-of-Life-Leuchtstoffröhren und Hightech-Produkten.

Stand der Technik

Die Rückgewinnung solcher Rohstoffe ist aufwändig. Bestehende Verfahren nutzen meist teure chemische Prozesse, die zusätzliche Abfälle erzeugen. Dagegen stoßen aufwändige Sortierverfahren besonders bei Nano- und Mikropartikeln an ihre Grenzen, denn eine präzise und vor allem auch kontinuierliche Trennung der Partikel ist damit quasi unmöglich.

Technologie

Forschende des Instituts für Funktionelle Grenzflächen (IFG) am KIT setzen deshalb genau an diesem Punkt an: Sie nutzen das Prinzip der magnetfeldgesteuerten Chromatografie, um Reststoffgemische effizient, im Dauerbetrieb und ohne den Einsatz von aggressiven Säuren zu trennen. Das Verfahren beruht auf dem Gegenstromprinzip und funktioniert mit speziellen Trennsäulen, die mit winzigen magnetisierbaren Kügelchen, z.B. Stahlkugeln, gefüllt sind. Während das Reststoffgemisch in einem Fluid durch die einzelnen Säulen fließt, erzeugen Magnetspulen, die entlang jeder einzelnen Säule positioniert sind, ein gezieltes Magnetfeld. Das Verfahren macht sich zunutze, dass die Partikel darauf unterschiedlich reagieren: Manche bleiben länger zwischen den Kügelchen hängen, andere rauschen schneller hindurch. Sie haben also eine längere oder kürzere sogenannte „Retentionszeit“. Dadurch trennen sich die Partikel räumlich und können als nahezu reine Fraktionen kontinuierlich abgezogen werden.

Vorteile

Mit einem Säulensystem bestehend aus mindestens drei Säulen und zyklisch geschalteten Ein- und Ausgängen arbeitet das Verfahren kontinuierlich und verarbeitet große Mengen von Reststoffgemischen. Es kommt ohne aggressive Chemikalien aus. Daher ist das Verfahren sehr schonend, erhält die Partikel intakt und vermeidet giftige Rückstände. Das einzigartige Verfahren verbindet also ökologischen Nutzen mit ökonomischer Effizienz und macht Recycling sauberer und kostengünstiger.

Optionen für Unternehmen

Das Prinzip lässt sich in allen Bereichen anwenden, in denen para- oder ferrimagnetische, technische Nanopartikel hergestellt oder aus natürlichen bzw. synthetischen Mischungen abgetrennt werden müssen. Für die industrielle Umsetzung sucht das KIT Partner für Kooperationen, die Lizenzierung und Weiterentwicklung des Verfahrens.