Leuchtstoffabfälle

Mit einem neuen Verfahren ist es möglich, auf einfachem Wege strategisch wichtige Metalle aus Leuchtstoffabfällen zurückzugewinnen. Das Verfahren hat bereits den Sprung aus dem Labor in die industrielle Produktion geschafft und soll kostengünstig und wirtschaftlich sein.

Seltenerd-Recycling ohne unzählige Trennstufen


Leuchtstoffabfälle sind als gefährliche Sonderabfälle deklariert und mussten bislang untertage deponiert werden. In diesem Sondermüll sind aber auch Seltene Erden enthalten und damit strategisch wichtige Metalle. Jeden Tag gehen somit Seltenerdmetalle im Wert von vielen Tausend Euro verloren. Das muss aber nicht länger so sein. Die Chemiker der Technischen Universität Bergakademie Freiberg haben zusammen mit FNE Entsorgungsdienste Freiberg ein neues Verfahren entwickelt, mit dem diese Abfälle aufgearbeitet und die wertvollen Metalle zurückgewonnen werden können.

Mit dem sogenannten SepSelsa-Verfahren werden selbst kleinste Mengen Seltener Erden und anderer Rohstoffe wie Quecksilber zurückgewonnen. SepSelsa steht dabei für Separation Seltener Erden aus entsorgungspflichtigen Abfällen in Sachsen. „Seine Bedeutung liegt darin, dass wir auf einfachstem Wege sämtliche Leuchtstoffe unabhängig von ihren Seltenerdgehalten hin aufarbeiten“, sagt Martin Bertau, Direktor des Instituts für Technische Chemie, der die Forschungsarbeiten geleitet hat. Der große Clou: „Wir isolieren die Metalle in reiner Form voneinander – ohne unzählige Trennstufen, wie dies in der klassischen Seltenerd-Aufbereitung der Fall ist.“

Kreislaufführung der Säure

Das Verfahren zur Trennung der komplexen Seltenerdgemische beginnt mit der Laugung des Leuchtstoffes in Säure und der Abtrennung von Störstoffen wie Barium, Strontium und Calcium. Danach sind in der Salzsäure nur noch die Seltenen Erden gelöst. „Durch Variation der Säurestärken lassen sich Yttrium und Europium sehr effektiv dem Leuchtpulver entziehen“, erklärt Bertau. Die bei der Laugung eingesetzte Säure wird mittels des bewährten Verfahrens der Diffusionsdialyse zurückgewonnen. „Die Kreislaufführung der Säure bedeutet nicht nur eine erhebliche Ressourceneinsparung, sie ist auch das Fundament der positiven wirtschaftlichen Bilanz des Gesamtprozesses“, betont Bertau.

Nun werden die chloridisch vorliegenden Metalle Yttrium und Europium voneinander getrennt. Die Separation der Verbindungen geschieht durch eine elektrochemische Reduktion des dreiwertigen Europium-Anteils mit Zink und anschließender Fällung als Sulfat. Yttrium wird als schwerlösliches Yttrium-Oxalat gefällt, sprich durch Zusätze von geeigneten Substanzen aus der Lösung ausgeschieden.

Verwendung von Seltenen Erden nach Einsatzbereichen in den Jahren 2006 und 2012 (in Tonnen) Die Variante der Seltenerd-Rückgewinnung über eine Feststoffchlorierung mit Ammoniumchlorid ist laut der Wissenschaftler eine selektive Aufschlussmethode abseits konventioneller, nasschemischer oder pyrometallurgischer Verfahren. Diese biete insbesondere beim Recycling von Seltenen Erden neue Möglichkeiten der Prozessführung. Die Feststoffchlorierung sei nicht nur eine effektive und weniger chemikalienintensive Alternative, sie sei auch kostengünstig. „Darüber hinaus kann das frei werdende Ammoniak als Salmiakgeist verkauft werden“, erzählt Bertau.

Rückgewinnung von 95 Prozent

Die Rückgewinnungsquote für die beiden Seltenen Erden, die den Hauptanteil unter den in den Leuchtstoffen enthaltenen Seltenen Erden ausmachen, liegt nach Angaben des Institutsdirektors bei 95 Prozent. Die bei FNE produzierten Rohprodukte werden unter anderem an die Firma Narva Lichtquellen geliefert, von der auch die seltenerdhaltigen Produktionsabfälle stammen. Doch nicht nur die Seltenen Erden können durch das Verfahren zurückgewonnen werden. „Mit der erweiterten SepSelsa-Technologie lassen sich in einem einzigen Schritt sogar die hochquecksilberbelasteten Leuchtstoffe umweltfreundlich aufarbeiten. Das Quecksilber wird dabei hochrein zurückgewonnen“, sagt Bertau. Auch NdFeB-Magneten, die etwa für den Bau von Elektromotoren und damit für die Energiewende wichtig sind, lassen sich auf einfachem Wege ebenfalls wiederaufarbeiten.

Die Chemiker haben die Trennverfahren in ihren Labors im Multikilogramm-Maßstab getestet, bevor sie auf den Technikumsanlagen von FNE in Freiberg umgesetzt wurden. Mittlerweile läuft dort eine größere Anlage, die für die Verarbeitung von einigen Jahrestonnen Produktionsabfällen ausgelegt ist. „De facto ist es eines der wenigen Verfahren, die den Sprung aus dem Labor in die industrielle Produktion geschafft haben und dabei gleichzeitig wirtschaftlich ist“, betont Bertau. In der Zwischenzeit wurde die Technologie bereits weiterentwickelt. Hierzu solle ein Folgeprojekt beantragt werden.

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