PDF Basket
Seltene Erden werden in unterschiedlichen Produkten wie optischen Linsen und Magneten sowie in Prozessen rund um Keramik, Metallurgie und Polieren verwendet. Da Europa diese Mineralien jedoch derzeit nicht selbst produziert, ist es auf Einfuhren, in erster Linie aus China, angewiesen.
Um die Selbstversorgung Europas zu optimieren, entwickelte SecREEts Methoden zur Gewinnung von Seltenerdkonzentraten aus dem Phosphatgestein, das für die Düngemittelproduktion abgebaut wird. Die Seltenen Erden wurden durch ein chromatografisches Verfahren abgetrennt, bevor eine Schmelzflusselektrolyse zur Herstellung von Seltenerdmetallen für Magnete durchgeführt wurde.
„Die Extraktion von Seltenen Erden ohne zusätzlichen Umweltfußabdruck bietet eine äußerst nachhaltige Alternative für den modernen Bergbau“, sagt Arne Petter Ratvik, Koordinator des EU-finanzierten Projekts und leitender Wissenschaftler bei SINTEF, einer der größten unabhängigen Forschungsorganisationen Europas.
„Entscheidend ist, dass unsere SecREEts-Trennverfahren einen wichtigen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft leisten könnten, da sie auch für andere Seltene Erden enthaltende Ausgangsmaterialien, einschließlich sekundärer Ressourcen wie Altmagnete und Abfälle aus der Elektronikindustrie, eingesetzt werden können“, fügt Ratvik hinzu.
Seltene Erden gewinnen
Das in der Düngemittelherstellung verwendete Phosphatgestein enthält in der Regel 0,3 % bis 1 % Seltene Erden. Wird das Düngemittel jedoch nach dem Nitrophosphat-Prozess produziert, landen diese Seltenen Erden im fertigen Düngemittel, wo sie keinen Mehrwert mehr bieten. SecREEts hat ein Verfahren entworfen, um die Seltenen Erden direkt aus diesem Prozess zu gewinnen.
Während das Mischsäureverfahren die gängigere Methode zur Düngemittelproduktion ist, enden die Seltenen Erden zusammen mit Gips und radioaktiven Elementen in einem Abraum, wodurch sich ihre Abtrennung erschwert.
„Der Nitrophosphat-Prozess ist für die Gewinnung von Seltenen Erden besser geeignet, weil sie direkt in bestehenden Anlagen gewonnen werden können, indem einfach ein zusätzlicher Schritt eingebaut wird“, erklärt Ratvik.
SecREEts hat drei Pilotprojekte erfolgreich abgeschlossen. Im ersten Fall wurden die Seltenen Erden direkt aus dem Düngemittelprozess in der Anlage des Projektpartners Yara gewonnen, der jährlich rund 650 000 Tonnen Phosphatgestein verarbeitet. Das Seltenerdkonzentrat wurde mithilfe von Abscheideverfahren aus der phosphatreichen Lösung, der sogenannten Mutterlauge, extrahiert.
Dieses Konzentrat wurde zu REEtec geschickt, wo hochreine einzelne Seltenerdoxide durch ein neuartiges chromatografisches Verfahren abgetrennt wurden, das umweltfreundlicher als die bisherigen Extraktionsmethoden mit Lösungsmitteln ist.
Diese Seltenerdoxide wurden dann an die darauf spezialisierten Fachleute von Less Common Metals geschickt, die mithilfe eines Elektrolyseverfahrens auf Fluoridbasis bei 1 050 °C bis 1 100 °C Metalle erzeugen. Das so entstandene Metall wurde dann legiert und für die Produktion von Hochleistungsmagneten zu Bändern gegossen.
„Hochfeste Magnete sind für die europäische Wirtschaft von entscheidender Bedeutung für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge, Industriemotoren und Windkraftanlagen“, so Ratvik. Die Qualität der Magnetlegierungen wurde vom Magnethersteller Vacuumschmelze validiert.
Das modulare Verfahren von SecREEts kann bei allen Düngemittelherstellern eingesetzt werden, die den Nitrophosphat-Prozess einsetzen.
Chancen und Gefahren herausfiltern
Durch die bevorstehende Veröffentlichung der Verordnung zu kritischen Rohstoffen der Europäischen Kommission, mit der die Versorgung mit Seltenen Erden sichergestellt werden soll, kommen diese Innovationen zur rechten Zeit.
Zwar verfügt Europa über mehrere große Lagerstätten Seltener Erden – insbesondere das Gebiet Fen in Norwegen und die kürzlich entdeckten Lagerstätten im schwedischen Kiruna –, aber die Versorgungslage ist nach wie vor schwierig.
„Der Weg von der Erkundung von Mineralvorkommen bis zum Abbau ist kostspielig und die Lizenzvergabe kann 10 bis 15 Jahre in Anspruch nehmen“, sagt Ratvik. „Unser Verfahren bietet eine praktikable und schnellere Alternative.“
Projektpartner REEtec hat angekündigt, dass er der erste in Europa sein will, der hochreine Seltenerdoxide im industriellen Maßstab anfertigt, nachdem er das notwendige Kapital mit LKAB als größtem Anteilseigner aufgebracht hat. Zunächst wird das Seltenerdkonzentrat jedoch aus einer kanadischen Mine stammen, da die Verfügbarkeit von Düngemitteln in Europa derzeit eingeschränkt ist.
„Die Pläne Chinas, die Produktion stärker auf Fertigprodukte zu konzentrieren, könnten die Versorgung und die Produktion in Europa stören, daher sollten wir mehrere Wertschöpfungsketten für eine zuverlässige Versorgung mit kritischen Werkstoffen nutzen“, schließt Ratvik.
In der Zwischenzeit erschließt Ratvik weiterhin die SecREEts-Prozesse für die Rückgewinnung von Seltenen Erden und leistet einen Beitrag zu Projekten, die auf den grünen Wandel in Europa abzielen, wie zum Beispiel das EU-finanzierte Projekt REEPRODUCE.