Projekt 35337/01

Aufbereitung von Neodym-Magneten aus Elektroantrieben (SEEL)

Projektträger

fem Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie
Katharinenstr. 17
73525 Schwäbisch Gmünd
Telefon: 0 71 71/10 06-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die vorgeschlagene Untersuchung zielt auf ein Verfahren zur Aufbereitung magnethaltiger Komponenten elektrischer Antriebsmaschinen durch thermische Entmagnetisierung und der Reinigung so gewonnener NIB-Altmagnete für eine werkstoffliche Verwertung. Dazu müssen metallische Beschichtungen, Oxidschichten und Pyrolysekoks von den wärmebehandelten Rohmagneten entfernt werden, die bei der Herstellung neuer Magneten stören. Angestrebt wird ein höherwertig vermarktbares Zwischenprodukt zur werkstofflichen Verwertung. Damit soll ein gesteigerter materieller Anreiz für die Gewinnung angereicherter Fraktionen in frühen Stufen der Verwertungskette geschaffen werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAP A - Materialbeschaffung
AP B - Materialcharakterisierung - Methoden: Mikroskopie, IR-Spektroskopie, RFA (Röntgenfluoreszenz), Thermogravimetrie
AP C - Entmagnetisierung und Analytik - Methoden: ICP-OES, C&S (Verbrennung+IR), N&O (Schmelzextraktion), RFA
AP D - Aufbau Hydrierung
AP E - Herstellung Magnetpulver - Methoden: Elektrolyse, Druckhydrierung
AP F - Reinigung und Analytik - Methoden: Chemisches Ätzen, Analytik wie C +, Rasterelektronenmikroskop
AP G - Herstellung von RFA-Standards - Methoden: Metallograph. Schliffpräparation, RFA, ICP-OES


Ergebnisse und Diskussion

Aktuell befinden sich elektrisch angetriebene Automobile in dem durch vergleichsweise kleine Absatzzahlen und andauernde Weiterentwicklung gekennzeichneten Stadium der Markteinführung. Dies stellte für die hier dargestellten Arbeiten eine wesentliche Erschwernis hinsichtlich der Beschaffung von realistischem Untersuchungsmaterial für die ins Auge gefassten Untersuchungen dar. Bei etablierten Altfahrzeugverwertern sind demontierte elektrische Antriebe derzeit nicht erhältlich. Akquiriertes Versuchsmaterial waren aus Erprobungsfahrzeugen zweier süddeutscher Hersteller demontieren Rotoren.

Wärmebehandlung
Die durchgeführten Arbeiten konzentrieren sich zunächst auf die thermische Entmagnetisierung. Wegen der bei der Zersetzung der enthaltenen Polymere (Kleber, Lacke) gebildeten äußerst übelriechende Emissionen, kann eine Wärmebehandlung im technischen Maßstab unter hiesigen immissionsrechtlichen Rahmenbedingungen nur mit adäquater Abgasbehandlung (z. B. katalytische Nachverbrennung) betrieben werden.
Die Klärung der technischen Rahmenbedingungen der Wärmebehandlung in einem kommerziell verfügbaren gasbeheizten Ofen mit katalytischer Abgasnachverbrennung erfolgte im Austausch mit dem in das Projekt eingebundenen Industrieofenbauer. Es ergaben sich wesentlich zwei limitierende Faktoren. Die Abgasbehandlung ist nicht für die Behandlung halogenorganischer Substanzen ausgelegt. In den ange-stellten Untersuchungen ergaben sich keine Anhaltspunkte für die Verwendung halogenierter Polymere. Ferner begrenzt der Stoffumsatz in der gegebenen Abgasbehandlung die Menge der im Input enthalte-nen Organik. Umgekehrt begrenzt die Organik-Fracht des Materials die im Aggregat behandelbare Chargengröße. Die im Material vorhandene Organik wurde nach Art und Menge bestmöglich charakterisiert. Kleber und Beschichtungen wurden aus unbehandelten Rotoren aufwändig manuell isoliert und mit Infrarotspektroskopie qualitativ identifiziert. Das Zersetzungsverhalten in Abhängigkeit von der Tempera-tur wurde mit Thermogravimetrie charakterisiert und mit gestuften Glühversuchen abgesichert. Es wurde festgestellt, dass Fortschritte der Motorfertigung bei neueren Rotor – Typen zu einer Verminderung der in den Rotoren enthaltenen Organik-Fracht geführt haben, was sich günstig auf die mögliche Durchsatz-leistung eines Wärmebehandlungsofens auswirkt.
Hinsichtlich Temperatur und Dauer optimierte Behandlungsparameter der Wärmebehandlung dienen, über die relativ triviale Entmagnetisierung hinaus, der vollständigen Elimination der Organik aus den Rotoren, da Klebstoffreste die Abtrennung der entmagnetisierten Magnete erschweren und relevante Störstoffe für die werkstoffliche Verwertung darstellen, die mit dem folgend dargestellten Aufbereitungspro-zess nicht entfernt werden können.

Aufbereitung
Für eine werkstoffliche Verwertung müssen entmagnetisierte Magnete von Oberflächenoxiden, Pyrolysekoks und gegebenenfalls vorhandenen metallischen Korrosionsschutzbeschichtungen befreit werden. Es wurden Kupfer/Nickel-, Zink- und Lackbeschichtungen angetroffen.
Kupfer/Nickelbeschichtungen können nur mit sauren oxidierenden Beizen entfernt werden. Der Prozess ist mit einem starken Angriff auf das Grundmaterial verbunden und wegen der damit verbundenen erheblichen Zielstoffverluste nicht empfehlenswert. Gemessen am Mengenpotential sind Ci/Ni-beschichtete Magnete aus HDD und Tauchpumpen gegenüber lackierten oder verzinkten aus der Elektromobilität unbedeutend.
Zinkschichten, Oxide und Pyrolysekoks können durch kombinierten Beizangriff eines alkalischen Mediums und Selbst-Abrasion der Magnete in einer rotierenden Trommel zufriedenstellend entfernt werden.
Als Nebenprodukt wurden Kalibrierstandardsätze für in der Recyclingbranche inzwischen verbreiteten RFA-Analysatoren hergestellt, die gegebenenfalls bei fem entliehen werden können. Sie verbessern und erleichtern die Bewertung von Zwischenprodukten im Handel entlang von Verwertungsketten.





Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Aufgrund der Pandemiesituation wurde von der Einladung eines Projekt-begleitenden Ausschusses abgesehen. Stattdessen wurde:
• der Firma Südrec im Rahmen eines persönlichen Besuchs im fem der derzeitige Erkenntnisstand ausführlich dargelegt und entmagnetisiertes Material zur Prüfung der Verarbeitung mit Querstromzerspannung überlassen
• die Firma Nabertherm um eine Beurteilung des Wärmebehandlungskonzepts gebeten.
• MS Schramberg wurden die analytische Daten der gereinigten Altmagnete zur Beurteilung der Verwertbarkeit übermittelt.

Eine Zusammenfassung der Ergebnisse wurde von der Zeitschrift Erzmetall zur Veröffentlichung ange-nommen. Sie erscheint voraussichtlich in Heft 74 (6), 2021.