11.06.2015 - University of Pennsylvania

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.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Neodym
  • University of Pennsylvania
Mehr über University of Pennsylvania
  • News

    Entstehung von Smog

    Industriedunst oder Smog bildet sich, wenn ein Cocktail von Industrieabgasen zu aggressiven, Feinstäuben oxidiert wird, die das Sonnenlicht verdunkeln. Treibende Kraft sind Hydroxylradikale – und für deren Bildung hat nun ein Forschungsteam eine neue Quelle gefunden. Der neu entdeckte Entst ... mehr

    Ultradünne und ultraleichte "Nanokartonagen"

    Bei der Auswahl von Materialien für die Herstellung von Produkten müssen Kompromisse zwischen einer Vielzahl von Eigenschaften wie Dicke, Steifigkeit und Gewicht eingegangen werden. Je nach Anwendung ist die richtige Balance der Unterschied zwischen Erfolg und Misserfolg.Jetzt hat ein Team ... mehr

    2-D schlägt 3-D

    Dreidimensional ist nicht zwangsläufig besser als zweidimensional. Jedenfalls nicht, wenn es um Ceroxid geht. Ceroxid ist ein wichtiges Katalysatormaterial. Wegen seiner hervorragenden Fähigkeit, Sauerstoff zu speichern und wieder abzugeben, wird es vor allem bei Oxidationsreaktionen verwen ... mehr

Mehr über Angewandte Chemie
  • News

    Für bakterienfreies Trinkwasser

    Bakterienverseuchtes Wasser ist eine ernsthafte weltweite Bedrohung für die Gesundheit. Ein chinesisches Forschungsteam beschreibt eine neue einfache Desinfektionsmethode in der Zeitschrift Angewandte Chemie. Sie basiert auf winzigen biokompatiblen Atomansammlungen, sogenannten Quantenpunkt ... mehr

    Aus Kraft-Lignin wird Vanillin

    Bei der Zellstoffproduktion fallen große Mengen an technischem Lignin an, das schwer verarbeitbar ist und daher meistens einfach als Brennstoff genutzt wird. Eine Forschungsgruppe berichtet nun in der Zeitschrift Angewandte Chemie, wie aus diesem Rohstoff, dem sogenannten Kraft-Lignin, der ... mehr

    Ein Material aus zwei Welten: Polymere mit Metall-Rückgrat

    In der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet ein chinesisches Forschungsteam jetzt über ein Polymer mit einem metallischen Rückgrat, das leitfähig sowie thermisch stabil ist und interessante opto-elektronische Eigenschaften zeigt. Aufgrund der verschiedenen elektronischen Strukturen von M ... mehr