Recycling von Leuchtstoff-und Energiesparlampen

Belgische Chemiker haben eine Alternative für die herkömmlichen chemikalienreichen Rückgewinnungsprozesse von Seltenen Erden aus Energiesparlampen gefunden. Das neue Recyclingverfahren soll außergewöhnlich selektiv sein und weniger Energie benötigen.

Alternative Rückgewinnung von Seltenen Erden


Chemiker der Katholischen Universität Leuven haben einen neuen Recyclingprozess für Selten-Erd-Metalle in Leuchtstoff- und Energiesparlampen entwickelt. Basierend auf Verfahren mit ionischen Flüssigkeiten sind die Chemiker in der Lage, gezielt Europium und Yttrium aus dem roten Phosphorpuder zurückzugewinnen. „Verglichen mit den herkömmlichen hydrometallurgischen Prozessen hat die ionische Flüssigkeit eine Menge Vorteile“, sagt David Dupont vom Fachbereich Chemie an der belgischen Universität. Sie sei nicht nur ungewöhnlich selektiv und wiederverwendbar, dieses Verfahren benötige auch weniger Chemikalien und Energie.

„Anstatt einer Säure als Lösungsmittel verwenden wir eine ionische Flüssigkeit. Das ist ein organisches Lösungsmittel, das komplett aus Ionen beziehungsweise elektrisch geladenen Teilchen besteht. Es verdampft nicht, ist nicht brennbar und wir können es dergestalt herstellen, dass es lediglich den roten Y2O3:Eu3+– Phosphor auflöst“, erklärt Dupont. Der junge Wissenschaftler hat die Untersuchungen für das neue Recyclingverfahren im Rahmen seiner Doktorarbeit durchgeführt. Die Ergebnisse sind im Journal „Green Chemistry“ der britischen Royal Society of Chemistry publiziert worden.

Bei dem Verfahren kommt es vor allem auf die selektive Auflösung ausschließlich des roten Phosphors, oder einfach YOX genannt, an. Im YOX stecken 80 Gewichtsprozent der Seltenen Erden, das Puder macht allerdings nur 20 Gewichtsprozent der gesamten Lampenphosphorabfälle aus. „Anders als bei den üblichen Lösungsverfahren mit verdünnten Mineralsäuren wird mit der neuen Methode vermieden, dass gleichzeitig auch der weiße Breitband-Phosphor mit abgetrennt wird.“ Dieser eher wertlose Phosphor macht bis zu 50 Gewichtsprozent der Phosphorabfallfraktion aus. Auch andere Bestandteile des Abfallpuders wie Glaspartikel und Aluminium werden nicht ausgewaschen.

Recyclingprozess in nur drei Schritten abgeschlossen

Das Yttrium und Europium werden zunächst in der ionischen Flüssigkeit aufgelöst. Die anschließende Abtrennung könne entweder mit einer Salzsäurelösung geschehen oder durch die Zufügung von reiner (fester) Oxalsäure. Bei beiden Ansätzen werde die ionische Flüssigkeit zurückgewonnen und könne erneut gebraucht werden. „Allerdings hat das Ausfällen mit Oxalsäure zusätzliche Vorteile“, sagt Dupont. Zum einen treten keinerlei Verluste an ionischer Flüssigkeit in der Wasserphase auf. Zum anderen könne das Yttrium-Europium-Oxalat durch einen einfachen Kalzinierungsvorgang bei 950 Grad in neues Y2O3:Eu3+ mit einer Reinheit von über 99,9 Gewichtsprozent umgewandelt werden. „Nach nur drei Schritten ist somit der Rückgewinnungsprozess abgeschlossen, das Europium und Yttrium können direkt wiederverwendet werden.“ Der aus dem recycelten Yttrium und Europium hergestellte rote Phosphor verfüge über ausgezeichnete Lumineszenz-Eigenschaften.

Mit dieser schonenden selektiven Methode können laut Dupont 70 Prozent des Werts und 80 Prozent der kritischen Seltenen-Erd-Metalle im Lampenphosphorabfall zurückgewonnen werden. Während des Prozesses falle kein zusätzlicher Abfall oder Abwasser an. „Da der YOX selektiv gefällt und sofort wieder regeneriert wird, braucht es keine zusätzlichen Lösungsschritte“, betont Koen Binnemans, Professor für Molekulares Design und Synthese am Fachbereich Chemie der KU Leuven. „Das eröffnet einen neuen Weg zu einem einfacheren, ökonomischen und energieeffizienten industriellen Aufbereitungsprozess für Lampenphosphorabfall.”

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