Gewinnung und Recycling von Seltenen Erden

Beschreibung

DieSeltenen Erden (REEs) umfassen 17 chemisch ähnliche metallische Elemente, die für fortschrittliche Technologien, einschließlich Elektronik, erneuerbare Energien und militärische Anwendungen, unerlässlich sind. Ihre einzigartigen magnetischen, lumineszierenden und elektrochemischen Eigenschaften machen sie in der modernen Industrie unersetzlich. Die Gewinnung dieser Metalle und ihr Recycling aus Produkten sind jedoch aufgrund von Umweltbedenken und Ressourcenknappheit zu einer großen Herausforderung geworden.

Gewinnungsmethoden und Herausforderungen

Die primäre Methode zur Gewinnung von Seltenen Erden ist der Abbau von REE-haltigen Erzen, in der Regel Bastnäsit, Monazit und Xenotim. Die abgebauten Erze werden anschließend Aufbereitungsprozessen wie Zerkleinern, Mahlen, Flotation und Schwerkraftabscheidung unterzogen, um den Gehalt an Seltenen Erden zu konzentrieren. Die konzentrierten Erze werden dann chemisch behandelt, in der Regel durch saure oder alkalische Auslaugung. Diese Verfahren führen zu einer erheblichen Umweltverschmutzung, insbesondere zu radioaktiven und giftigen Abfällen. So sind beispielsweise Thorium- und Uranverunreinigungen in den Erzen der Seltenen Erden enthalten, die die Umwelt und die menschliche Gesundheit gefährden.

Eine weitere weit verbreitete Extraktionsmethode ist die Lösungsmittel- und Ionenaustausch-Extraktion. Beim Ionenaustausch werden die Seltenen Erden mit Hilfe von Harzen, die bestimmte Seltenerdionen selektiv zurückhalten, effizient getrennt. Bei der Lösungsmittelextraktion mit alkalischen oder sauren Lösungen und organischen Lösungsmitteln werden einzelne Seltenerdelemente durch wiederholtes Waschen abgetrennt. So effizient sie auch sein mag, die Lösungsmittelextraktion ist energieintensiv und erzeugt giftige Lösungsmittelabfälle, deren Entsorgung eine ordnungsgemäße Abfallwirtschaft erfordert.

Recycling-Praktiken und Innovationen

Angesichts der ökologischen und wirtschaftlichen Schwierigkeiten beim Abbau von Seltenen Erden ist das Recycling von REEs aus Elektroschrott heute unerlässlich. Das Recycling bietet eine nachhaltigere Lösung, da es die Abhängigkeit vom Bergbau verringert, die Auswirkungen auf die Umwelt reduziert und die Risiken in der Lieferkette verringert.

Zu den derzeitigen Recyclingtechniken gehören hydrometallurgische, pyrometallurgische und bio-hydrometallurgische Recyclingverfahren. Zu den hydrometallurgischen Recyclingverfahren gehören die chemische Auslaugung und die Lösungsmittelextraktion, die in großem Umfang für das Recycling von Seltenerdmagneten eingesetzt werden, die in Computerfestplatten, Elektrofahrzeugen und Windkraftanlagen verwendet werden. Das pyrometallurgische Recycling konzentriert sich auf Hochtemperaturschmelzverfahren zur Metallrückgewinnung, wobei der übermäßige Energieverbrauch und die Bildung schädlicher Gase begrenzt sind.

Ein vielversprechender Fortschritt ist die Bio-Hydrometallurgie, bei der Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze eingesetzt werden, um unter milden Bedingungen Metalle aus Elektroschrott zu laugen. Diese Technik reduziert den Energiebedarf erheblich, erzeugt nur minimale schädliche Nebenprodukte und ist umweltfreundlich. Weitere Informationen finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).

Häufig gestellte Fragen

Wofür werden Seltene Erden üblicherweise verwendet?

Seltene Erden werden aufgrund ihrer magnetischen, lumineszierenden und katalytischen Eigenschaften häufig in der Elektronik, in Technologien für erneuerbare Energien (Windturbinen und Solarzellen), in Elektrofahrzeugen, medizinischen Geräten und militärischer Ausrüstung eingesetzt.

Warum ist das Recycling von Seltenerdmetallen so wichtig?

Das Recycling von Seltenen Erden trägt dazu bei, die Abhängigkeit vom Bergbau zu verringern, Umweltschäden zu mindern, eine nachhaltige Versorgung sicherzustellen und geopolitische Risiken im Zusammenhang mit der Verfügbarkeit von Ressourcen zu verringern.

Was sind die größten Herausforderungen im Zusammenhang mit der Gewinnung von Seltenen Erden?

Zu den größten Herausforderungen gehören die Umweltverschmutzung, die Entstehung radioaktiver Abfälle, der hohe Energieverbrauch, die komplexen Trennverfahren und die damit verbundenen Gesundheitsrisiken für die Arbeiter.

Welches Element der Seltenen Erden wird am häufigsten recycelt?

Neodym, das vor allem in leistungsstarken Magneten für Elektrofahrzeuge, Windturbinen und in der Elektronik verwendet wird, ist aufgrund seines hohen wirtschaftlichen Wertes und seiner breiten Anwendung derzeit das am häufigsten recycelte Seltene Erden-Element.

Welche künftigen Innovationen könnten das Recycling von Seltenen Erden verbessern?

Innovationen wie die Bio-Hydrometallurgie, verbesserte chemische Extraktionsmethoden, fortschrittliches Materialdesign für leichteres Recycling und die Entwicklung geschlossener Recyclingsysteme könnten die Effizienz und Umweltfreundlichkeit des Recyclings von Seltenen Erden erheblich steigern.