Projekt MagnetoRec

Recycling Seltener Erden aus FeNdB-Dauermagneten mittels Feststoffchlorierung

Ziel

Üblicherweise entfalten sich in Europa F&E-Aktivitäten zu strategisch wichtigen Metallen dann, wenn der aktuelle Preis für diese Wertstoffe hoch ist. Senkt China dann die Rohstoffpreise wieder, kommen die Aktivitäten mangels Wirtschaftlichkeit der Verfahren zum Erlie-gen. Übergeordnetes Ziel der hier avisierten Entwicklung ist ein Recyclingansatz für Seltene Erden, welcher auch dann noch wirtschaftlich arbeitet, wenn die Rohstoffpreise so wie aktuell auf niedrigem Niveau liegen. Dies soll im vorliegenden Projekt dadurch gelingen, dass die üblicherweise teuren Aufschlusschemikalien wie Säuren oder Basen durch ein festes Abfallprodukt ersetzt werden und der Prozess so ausgelegt wird, dass zusätzlich zu den avisierten Seltenen Erden werthaltige Nebenprodukte erzeugt werden.

Aus der Zusammenarbeit des Instituts für Technische Chemie der TU Bergakademie Freiberg mit FNE Entsorgungsdienste Freiberg GmbH entstand bereits im Rahmen des KMU-innovativ Projektes SepSELSA neben dem im Demonstrator realisierten nasschemischen Verfahren ein metallurgischer Ansatz auf Basis der Feststoffchlorierung. Bereits im Labormaßstab erwies sich dieser als besonders leistungsfähiger verfahrenstechnischer Ansatz für das Recycling Seltener Erden aus Leuchtstoffabfällen, der sich vor allem durch hohe Selektivität, extrem geringen Chemikalienbedarf und geringen Reststoffanfall auszeichnet. Mit den Altmagneten, wie sie in Festplatten, Windkraftanlagen oder Hybridfahrzeugen eingesetzt werden, steht ein weiterer Sekundärrohstoff für Seltene Erden zur Verfügung, dessen Recyclingraten trotz vielfältiger Anstrengungen außerhalb Chinas bei unter 1 % liegen. Der weltweite Handel mit Altmagnetmaterial führt derzeit erhebliche Mengen dieser Sekundärrohstoffe nach China zurück. Erste Vorversuche analog zur Feststoffchlorierung der Leuchtstoffe bestätigten bereits die Eignung des Verfahrens sowohl für das Recycling von Produktionsabfällen aus der Magnetherstellung als auch von End-of-Life-Magneten und lieferten ausgezeichnete Ergebnisse hinsichtlich der Rückgewinnung der strategisch wichtigen Seltenen Erden Neodym und Dysprosium.

Das Ziel des Vorhabens ist die Anpassung und Optimierung des Verfahrens für das Altmagnetrecycling, sowie Entwicklung und Bau eines modularen Demonstrators. Verwertungsziel der Firma Jehmlich ist der Verkauf der zu entwickelnden Anlagentechnik, die eine dezentrale Mahlung der Magnetfraktionen an entsprechenden Sammelstellen ermöglicht. Verwertungsziel von FNE ist ein zentral installierbarer metallurgischer Aufarbeitungsprozess, dessen Wertschöpfung wahlweise über SE-Oxide oder über die höherwertigen Produkte Neodymfluorid und Dysprosiumfluorid sowie das werthaltige Nebenprodukt Ammoniak zu generieren ist.

MagnetoRec-Verfahren

Im Kontext des Recyclings Seltener Erden stellt die mögliche Verwendung eines Abfallstroms an Ammoniumchlorid als Aufschlusschemikalie in Verbindung mit der ganzheitlichen Verwertung der Nebenprodukte Ammoniak und FeCl3 ein Novum dar. Gehandelt werden Elemente der Seltene Erden (SEE) bislang in Form von Oxiden, weshalb auch die Recyclingverfahren bislang SE-Oxide zum Ziel hatten. Vor der Verarbeitung zu Metallen müssen die SE-Oxide aber üblicherweise in SE-Fluoride gewandelt werden. Der hier vorliegende Lösungsansatz macht diesen Schritt überflüssig, weil direkt SE-Fluoride als höherwertiges Produkt erzeugt werden. Folgende Abbildung verdeutlicht den verfahrenstechnischen Ansatz.

Projektpartner

FME Freiberger Metallrecycling und Entwicklungsdienstleistungen GmbH

FME Freiberger Metallrecycling und Entwicklungsdienstleistungen GmbH ist ein junges Unternehmen, das sich der Entwicklung neuer Ansätze im Metallrecycling verschrieben hat und bisher maßgeblich für Freiberger Unternehmen Unterstützung beim Aufbau von Recyclingprozessen für industrielle Abfallfraktionen geleistet hat. Perspektivisch ist der Aufbau eigener Produktionskapazitäten zur Verwertung von Metallfraktionen und Seltenmetallen aus Abfallströmen geplant. Bestandteil des Geschäftmodells ist derzeit auch das Handeln werthaltiger Abfälle.
FME kann einen Eigenanteil von 40% der förderfähigen Kosten darstellen.

Innova Recycling GmbH

Innova Recycling GmbH aus Goslar, gegründet im Jahr 2007, ist ein aufstrebendes Unternehmen im Bereich des Handels und der Verwertung hochwertiger Metalle. Neben einer in Deutschland einzigartigen Anlage zur Separation spezieller feinkörniger / staubförmiger Gemische von Materialien unterschiedlicher Dichte, verfügen wir über ein starkes Händlerteam mit mehr als 10 Jahren Erfahrung im Bereich der Sonder- und Seltenmetalle. Zu unserem Spektrum gehören sowohl der traditionelle Schrotthandel als auch der Vertrieb diverser Metalle in Rohform. Innova Recycling verfügt über ein internationales Netzwerk an Kunden und Zulieferern. Häufige anfallende Magnetschrotte sind z. B. Festplattenmagnete oder Magnete aus Magnetresonanztomographen, aber inzwischen auch Magnete aus Windkraftanlagen.
Innova kann einen Eigenanteil von 40% der förderfähigen Kosten darstellen.

FNE Entsorgungsdienste Freiberg GmbH

FNE Entsorgungsdienste Freiberg GmbH ist ein zertifizierter Entsorgungsfachbetrieb nach § 56 KrWG. FNE entsorgt aus überwiegend aus Industrie und Gewerbe, aber auch aus Haushaltungen Abfälle, die nach Abfallverzeichnisverordnung als gefährlich oder nicht gefährlich eingestuft sind. Die Anlage ist für den gesamten Abfallartenkatalog nach KrWG im Rahmen der zertifizierten Tätigkeiten Behandeln, Zwischenlagern, Transportieren zugelassen mit Ausnahme von radioaktiven, infektiösen Abfällen. Im Rahmen der Entsorgungsverträge mit nam-haften Unternehmen deutschlandweit auf dem Gebiet der chemischen und pharmazeutischen Synthese und Solarindustrie bestehen umfangreiche Erfahrungen in dem Umgang, der Behandlung, Endentsorgung und Verwertung auch schwierigster Abfallstoffe. Die vertraglich gebundenen Entsorgungsanlagen sind mit modernster Technik ausgerüstet und garantieren so eine zuverlässige und wirtschaftliche Verwertung und Beseitigung zwischengelagerter und in der Anlage FNE behandelter Abfälle. Darüber hinaus bietet FNE Dienstleistungen, Analytik und Consulting zu ausgewählten Problemstellungen der Umwelttechnik, Abfallentsorgung/Verwertung/Behandlung, des Immissionsschutzes und dem Umgang und der Einstufung wassergefährdender Stoffe an. Dazu zählen Beratung, Deklarationsanalysen, Entsorgungskonzepte, Einsammeln/ Transporte, Vorbereitende Behandlung und Entsorgungsnachweise.
Wie beschrieben hat FNE bereits Erfahrung in der Rückgewinnung von Edel- und Technologiemetallen. Durch die hier beschriebenen Entwicklungsarbeiten will FNE dieses Marktsegment weiter ausbauen, um sich ein Alleinstellungsmerkmal in der Entsorgungswirtschaft zu erarbeiten. Ziel ist das technologische Know-How für die Aufarbeitung von Sonderabfällen und Rückgewinnung über die gesamte Bandbreite werthaltiger Inhaltsstoffe auf hohem wissenschaftlichem Niveau. Für den hieraus zu generierenden wirtschaftlichen Erfolg, d.h. die inhaltliche Abgrenzung gegenüber der Konkurrenz und die langfristige Sicherung von Arbeitsplätzen am Standort Freiberg, hat FNE nicht nur die notwendigen Kompetenzen, sondern hin-sichtlich Ressourcen- und Marktzugang auch ideale Voraussetzungen.
FNE kann einen Eigenanteil von 40% der förderfähigen Kosten darstellen.

TU Bergakademie Freiberg, Institut für Technische Chemie (ITC)

Prof. Dr. rer. nat. habil. Martin Bertau, Arbeitsschwerpunkte liegen in den Bereichen Rohstoffchemie und Weiße Biotechnologie (Industrielle Biokatalyse). Ziel im Bereich Rohstoffchemie sind neue Verfahren zur nachhaltigen Produktion von Energie‐ und Chemierohstoffen wie z.B. Lithium, Germanium, Elektronikmetalle, Seltene Erden und Wasserstoff, aber auch die Verwertung von Biomasse und Begleitgasen zur Erzeugung hochoktaniger synthetischer Treibstoffe. Ein weiterer Fokus liegt auf der Nutzung von CO2 zur Erzeugung von chemischen Grundstoffen. Für seine Arbeiten zur Phosphatrückgewinnung wurde Prof. Bertau 2012 zusammen mit Prof. Weigand mit dem Ressourceneffizenzpreis des Bundeswirtschaftsministers und 2013 mit dem Innovationspreis Mitteldeutschland ausgezeichnet. 2014 erhielt das Institut zusammen mit der Firma FNE Entsorgungsdienste den Sonderpreis des Sächsischen Ministeriums für Wissenschaft und Kunst für den im Rahmen des SepSELSA-Projektes entwickelten Recyclingprozess für SE-haltige Leuchtstoffabfälle.

TU Bergakademie Freiberg, Lehrstuhl für Gas- und Wärmetechnische Anlagen

Der im Jahr 2006 neu eingerichtete Lehrstuhl für Gas- und Wärmetechnische Anlagen gehört dem Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik (IWTT) TU Bergakademie Freiberg an. Seit dem 1. September 2015 wird der Lehrstuhl von Prof. Dr. Hartmut Krause geleitet. Die Hauptaufgabengebiete des Lehrstuhls GWA liegen in der Grundlagen- und angewandten Forschung sowie der universitären Lehre auf den Gebieten der Verbrennungstechnik, der Thermoprozess- und Energietechnik sowie der Gastechnologie. Dr.-Ing. Volker Uhlig leitet die Arbeitsgruppe Industrieofenbau. Die Arbeitsgruppe besitzt umfangreiche Kompetenzen auf dem Gebiet der Wärmeübertragung, der Hochtemperaturkorrosion keramischer und metallischer Werkstoffe und der Konstruktion von Hochtemperaturanlagen.