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Hochleistungsmagnete: Recycling als Neodym-Mine

Hochleistungsmagnete werden in vielen Bereichen eingesetzt – von Windkraftgeneratoren über Mikro-Elektromotoren bis zu Kopfhörern. Man benötigt Neodym für sie, ein Element aus der Gruppe der Seltenen Erden, das nur mühsam gewonnen werden kann. An der Montanuniversität Leoben hat man ein Verfahren mitentwickelt, das das Recycling der Magnete relativ einfach möglich macht.

Die Gewinnung von Seltenen Erden ist ein Vorgang, der die Umwelt extrem belastet. Ihr Abbau hinterlässt tiefe Narben in der Landschaft, für ihre Lösung aus dem Roherz müssen hochgiftige Chemikalien verwendet werden. Außerdem sind sie selten und nur an wenigen Stellen der Erde in abbauwürdiger Konzentration zu finden. Ein großes Vorkommen ist allerdings noch wenig erschlossen: jenes in alten elektronischen Geräten.

Das Department Kunststofftechnik an der Montanuniversität Leoben hat nun eine Methode entwickelt, wie wiedergewonnenes Neodym – gemischt mit Eisen und Bor – aus ausrangierten Festplatten abfallfrei wieder in Hochleistungsmagnete verwandelt werden kann. An der praktischen Umsetzung sind die deutsche OBE GmbH – sie koordiniert die Entwicklung – und der obersteirische Sondermaschinenbauer HAGE beteiligt.

Das Projekt ist auf dem sogenannten Innovationsradar der EU gelandet. Dieses ist eine Initiative der Europäischen Kommission zur Sichtbarmachung von Neuerungen mit hohem Potenzial in EU-finanzierten Forschungs- und Innovationsrahmenprogrammen. Die in Leoben entwickelte Technologie baut auf einer Methode der Universität Birmingham auf, mit der aus gebrauchten Neodym-Magneten ein Pulver recycelt werden kann.

„Das Pulver wird aus gebrauchten Magneten gewonnen, indem man sie in eine Wasserstoff-Atmosphäre in einer Art Waschmaschine bringt. Die spaltet dann die Magnete auf, zum Schluss bleibt ein Pulver übrig“, schildert Dr. Joamin Gonzalez-Gutierrez vom Lehrstuhl Kunststoffverarbeitung an der Montanuni. Das Problem ist es, das Pulver wieder zu kompakten Magneten zu formen. Damit hat man sich in Leoben beschäftigt.Die Formgebung gelingt, so Gonzalez-Gutierrez, mithilfe von Kunststofffilamenten – also Fasern. „Die Neodym-Eisen-Bor-Mischung wird mit Polymeren versetzt, zum Schluss haben wir einen Werkstoff, der aus 55 Volumsprozent Metall und 45 Prozent Kunststoff besteht. Der kann dann in herkömmlichen 3D-Druckern verwendet und in jeder beliebigen Form ausgedruckt werden.“

Ist der Druck fertig, so der Kunststoff-Spezialist, wird der Polymeranteil mit einer organischen Lösung aus dem Werkstück entfernt. Anschließend wird es gesintert, indem es bei rund 1.000 Grad Celsius „gebacken“ wird. Zum Abschluss magnetisiert man das Ganze und fertig ist ein neuer Hochleistungsmagnet.

Gegenüber anderen Formgebungsmethoden, die einen Hochenergielaser oder einen Elektronenstrahl benötigen, ist das Polymerverfahren deutlich billiger. „Die Anlagen kosten viel weniger Geld“, versichert Gonzalez-Gutierrez. Außerdem müsse das eingesetzte Pulver nicht fließfähig sein, es sei leichter zu handhaben. Da das sogenannte Entbindern – die Herauslösung des Polymers – und das Sintern Technologien seien, die seit acht Jahrzehnten angewandt werden, seien auch genug Geräte dafür am Markt, die Technologien seien bewährt und die Prozesse entsprechend robust.

Neodym-Eisen-Bor-Magnete werden unter anderem in sehr kleinen Elektromotoren oder Kopfhörern eingebaut. Auch in den Generatoren von Windrädern oder in Kernspintomografen kommen sie zur Anwendung.

Dass das Verfahren jetzt auf dem EU-Innovationsradar aufscheint, freut Gonzalez-Gutierrez. „Damit ist auch eine Forschungsförderung der EU verbunden. Innerhalb von drei Jahren erhielten wir 379.000 Euro und unsere Industriepartner über eine Million Euro .“

Fotocredit: Martin Spörk

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