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Edelmetalle und Seltene Erden Wann lohnt sich Edelmetall-Recycling?

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Sabine Mühlenkamp* / Anke Geipel-Kern

Vor einigen Jahren sprach kaum jemand von einem Mangel an Rohstoffen, Seltenen Erden oder in die Höhe schießenden Kupferpreisen. Doch mittlerweile ist das Thema in der Prioritätenliste nach oben gerutscht. Metallurgen, Verfahrenstechniker und Abfallspezialisten suchen gemeinsam nach neuen Strategien, um mithilfe des Recyclings wenigstens einen Teil des Bedarfs zu decken. Welche Lösungen es gibt, erfahren Sie bei uns.

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(Bild: Remondis)

Viele Industrienationen reagieren nervös, wenn Sie auf die Verfügbarkeit von Edelmetallen oder Seltenen Erden angesprochen werden. Die Erschließung wird immer teurer und ihr Bedarf steigt. Das Recycling der strategischen Seltenerd- bzw. Edelmetalle sowie anderer hochwertiger mineralischer Rohstoffe rückt daher in den Fokus der Forschung und Entwicklung. „Diese Metalle sind wichtig für unsere Wirtschaft und Deutschland ist auf den Import angewiesen. Daher müssen wir uns mit Recycling beschäftigen“, begründete Andreas Förster, Dechema, die Durchführung des gemeinsamen Infotages Mitte Mai in Frankfurt.

So identifizierte Process.net (Gemeinschaftliche Initiative der Dechema und des VDI-GVC) dieses Thema inzwischen als Zukunftsthema. Dabei soll es mit einem Informationstag allein nicht getan sein, viel wichtiger ist es für das Gremium, diesen Themenkomplex mit Experten zu besetzen, um beispielsweise die Bundesregierung zu beraten.

Lohnt sich Recycling?

Dabei müssen nicht nur technologische Aspekte, wie speziell angepasste Aufschlusszerkleinerungs- und Sortierprozesse beachtet werden, sondern auch rechtliche und logistische. Denn: Bevor man Metalle recycelt, muss man sie erst einmal finden. Wie viele der schätzungsweise 17 Milliarden Handys, die seit Einführung auf den Markt kamen, liegen in irgendwelchen Schubladen? Im Augenblick kann man daher die Frage, ob sich ein Recycling lohnt, nur mit ‚Nein, aber‘ beantworten. Die Rückgewinnung von Metallen, insbesondere von seltenen Erden, aber auch Gold, Silber und Kupfer, ist sehr komplex und mit hohem energetischem Einsatz verbunden.

Der Gesamtwirkungsgrad wird bestimmt durch das schwächste Glied, daher liegt beispielsweise der Wirkungsgrad beim Goldrecycling trotz steigender Kurse lediglich bei 15 Prozent. Davon abgesehen war ein Auto aus den 80er Jahren noch vergleichsweise leicht zu recyceln. Bei modernen Autos, oder wenn man an zukünftige Fahrzeuge im Hinblick auf die Elektromobilität denkt, scheitert ein wirtschaftliches Recycling allein wegen der Fülle an eingesetzten Rohstoffen. Generell gilt: Für Technologiemetalle sind neue Recyclingwege nötig. Standardverfahren, wie bei Papier oder Glas üblich, scheiden aus.

Eine Tonne PC-Motherboards enthält mehr Gold als eine Tonne Golderz

Doch kommen wir zu dem ‚Aber‘: Der Vorteil an Metallen ist, dass sie ohne Qualitätsverlust unendlich oft recycelt werden können. Fakt ist auch, dass eine Tonne PC-Motherboards 30 mal mehr Gold enthält als eine Tonne Golderz. „Die Herausforderung besteht darin, niedrig konzentrierte Technologiemetalle aus komplexen Produkten heraus zu lösen. Eine relativ große Goldmenge in Motherboards nützt nichts, wenn man das Motherboard nicht vor dem Shredder entfernt, hier drohen Goldverluste von 75 Prozent“, so Dr. Christian Hagelüken, Director Development Affair Umicore.

Genau solche Anlagen gibt es aber bereits. Umicore betreibt am belgischen Standort Hoboken eine Metallhütte, in der mehr als 350 000 Tonnen Metalle pro Jahr aufbereitet werden. Mehr als 20 verschiedene Metalle können recycelt werden, dabei liegen die Edelmetall-Ausbeuten bei mehr als 95 Prozent. Schwieriger gestalten sich solche Prozesse bei einigen Seltenen Erden (z.B. Indium aus LCD-Bildschirmen). Während sich Indium bei Verlusten aus dem Verdampfungsprozess nahezu vollständig recyceln lässt, gibt es für die Rückgewinnung von Indium aus Halbleitern noch keinen wirtschaftlichen Prozess.

Das Recycling von Prozesskatalysatoren ist ein alter Hut

In der chemischen/petrochemischen Industrie ist das Recycling von Prozesskatalysatoren längst Alltag. David Vorgerd, BASF, sieht das Katalysator-Recycling vor allem als ökonomische Herausforderung. „Auch ein deaktivierter Katalysator kann noch einen Wert von einigen 100 bis zu 100 000 Euro pro Tonne besitzen.“ Bei der BASF ist ein Drittel des Umsatzes vom Metallpreis abhängig. Daher wird dem Recycling von Edelmetallen aus gebrauchten Edelmetallkatalysatoren besondere Aufmerksamkeit gewidmet.

Bei Katalysatoren, die Übergangsmetalle, wie Kupfer oder Molybdän enthalten, ist die Wirtschaftlichkeit schon deutlich geringer. Generell beschreibt Vorgerd den Katalysator-Markt als teilweise sehr fragmentiert. „Bei Raffinerien weiß man ungefähr, wo der Katalysatoren landet und welche Materialien drin sind. In der Pharma- oder Feinchemie ist das nicht mehr so einfach“, so seine Erfahrung. Gleichzeitig ist es schwierig, zu beurteilen, ob sich ein Recyclingverfahren wirklich lohnt.

Für Vorgerd sind der Zugang zu Abfallströmen, hohe Extraktionsausbeuten für Metalle, niedrige Kosten eines Recyclingprozesses, die Vermarktung von Nebenprodukten und auch der ausreichende Wertanteil im Katalysator ganz entscheidende Komponenten für ein ökonomisches Recycling.

Neben schwankenden Rohstoffpreisen ist eine schnelle Modifikation von Aufbereitungsfabriken nötig. Dies erfordert flexiblere und komplexere Produktionsprozesse. „Wie lohnt sich eine Anlage, wenn sich alle drei Jahre die Zusammensetzung ändert?“, fragt Dr. Ansgar Fendel, Remondis, der als Beispiel die hochlegierten Stähle aus dem Golf 7 nennt: „Bisher wird FE-Schrott aus Fahrzeugen in der Regel zu Baustahl umgewandelt, doch das wird in Zukunft nicht funktionieren, weil dieser dann zu viel Aluminium enthält.“

Welches Verfahren ist geeignet?

Wie kompliziert Aufschlussverfahren sein können, beschreibt Carsten Dittrich, Meab. Den Anfang des Prozesses macht die Auslaugung mit Säuren oder Laugen, manchmal unter hohem Druck bei hohen Temperaturen unter Ausnutzung der stoffspezifischen Löslichkeit sowie der unterschiedlichen Benetzbarkeit der Elemente und deren Verbindungen. Anschließend müssen die Verunreinigungen abgetrennt werden. Im Fall des Solvent-Extraktionsverfahrens werden hochreine Metalllösungen erzeugt, die in ihrer Konzentration um ein vielfaches höher sind als die der Laugungslösung. Die Produkte werden durch Fällung, Kristallisation, Elektrolyse usw. gewonnen.

„Allerdings ist die Prozessauswahl gerade bei den Seltenerdmetallen sehr eingeschränkt“, so Dittrich. Die Trennung der Seltenerdmetalle erfolgt in mehreren aufeinander folgenden Sequenzen von Mixer-Settler-Einheiten, die zu hunderten von Einzelstufen miteinander verbunden sind. Organische Phosphorverbindungen trennen zunächst zwei oder drei Metallgruppen, bevor die Einzelmetalle abgetrennt werden. Neue Wege sucht man derzeit im Rahmen des Eurare-Projektes, bei dem die potenziellen Seltenerdmetall-Ressourcen in Europa charakterisiert und erforscht werden sollen.

Auch die Fraunhofer Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS Alzenau, erforscht derzeit neue Verfahren, etwa das Magnet-Recycling von Neodym. Hier bieten spezielle wasserstoffgestützte Verfahren aus einkristallinen Pulvern, die Chance, hochgradig texturierte, kunststoffgebundene Magnete zu erzeugen. Auch das Bioleaching, ein Verfahren zur Gewinnung von Eisenerzen mithilfe von Mikroorganismen, hält man dort für interessant, um im Elektronikschrott wertvolle Schätze zu heben.

Prozesskette gesucht

Um Recycling wirtschaftlich zu betreiben, benötigt man Know-how in der Metallurgie, aber auch eine stärkere Zusammenarbeit zwischen Partnern, die sich bisher nicht kennen. So ist Recycling immer eine Prozesskette, bestehend aus Erfassung (Verbraucher ) und Logistik (Abfall-Recyclingunternehmen), Demontage, Aufbereitung (Shredder und Sortierverfahren) sowie den Unternehmen aus der Metallurgie.

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