Ausgelaugt: Einfaches Trennverfahren für Neodym und Dysprosium

Seltene Erden sind entscheidende Komponenten elektronischer Bauteile und von Permanentmagneten. Das Recycling von Konsumgütern wäre eine vielversprechende Quelle für diese knappen Rohstoffe. Amerikanische Wissenschaftler stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt eine einfache Methode vor, mit der sich Mischungen von Neodym- und Dysprosiumsalzen trennen lassen – ein wichtiger Schritt in Richtung Rückgewinnung dieser wertvollen Metalle.

Als Seltene Erden bezeichnet man eine Reihe von Metallen, die in selten auftretenden Mineralien entdeckt wurden. Bei ihrer Isolierung wurden sie als Oxide erhalten, die man damals als „Erden“ bezeichnete. Einige dieser Metalle zeigen interessante Eigenschaften und werden als Bestandteile elektronischer Bauteile und Magneten verwendet. So bestehen die derzeit stärksten Dauermagneten, die Neo-Magneten, aus einer Neodym-Eisen-Bor-Legierung, die zudem weitere Seltene Erden, wie Praseodym, Terbium und vor allem Dysprosium, enthalten kann. Verwendung finden Neo-Magneten z.B. in Lautsprechern und Kopfhörern, Motoren von Akkuwerkzeugen und Schreib-Leseköpfen von Festplatten, aber auch in elektrischen Generatoren von Windkraftanlagen. Für viele der Seltenen Erden bestehen heute Lieferschwierigkeiten, denn ihre Lagerstätten sind meist klein und die Gewinnung und Aufreinigung aufwändig. Das Energieministerium der USA hat Dysprosium und Neodym aufgrund ihrer technologischen Bedeutung und der schwierigen Versorgungslage als „kritische Materialien“ eingeordnet.

Einer der möglichen Nachschubwege liegt eigentlich auf der Hand: Recycling. Bisher werden allerdings nur wenige Prozent der Metalle zurückgewonnen – als Mischungen. Da die Konzentration der einzelnen Seltenen Erden schwanken kann, müssen sie vor einer neuerlichen Verwendung getrennt werden. Dies ist jedoch schwierig, energie- und zeitaufwändig und verbraucht große Lösungsmittelmengen.

Das Team um Eric J. Schelter von der University of Pennsylvania hat jetzt eine einfache, effektive Methode entwickelt, mit der sich Neodym und Dysprosium voneinander trennen lassen. Bei diesem Verfahren werden einfache Salzen der Metalle mit einem speziellen Nitroxid-Liganden behandelt. Es handelt sich dabei um ein organisches Molekül, das ein Metallion in einer Komplexbindung wie eine Klammer mit seinen drei „Armen“ umfasst. Werden Metalle mit größerem Ionenradius gebunden, wie etwa Neodym, lagern sich zwei der Komplexe bevorzugt zu einem Dimer zusammen. Komplexe mit kleinen Metallionen, wie Dysprosium, dimerisieren dagegen so gut wie gar nicht. Als Folge ist der neodymhaltige Komplex in Benzol 50mal löslicher als der Dysprosium-Komplex.

Aus einer 1:1 Mischung der beiden Metall-Komplexe konnten die Forscher mit einer minimalen Menge an Benzol den Neodym-Komplex in ca. 95 %iger Reinheit auslaugen. Zurück blieb ein Festkörper, der auf etwa 95 % an Dysprosium-Komplex angereichert war. Weitere Aufreinigungsschritte beider Fraktionen mit Benzol ließen deren Reinheit weiter ansteigen.

Das Verfahrensprinzip ließe sich auch auf weitere Seltene Erden anwenden. Die einfache kostengünstige Methode könnte das Recycling der Seltenen Erden in Zukunft attraktiver machen.