Neue Rückgewinnungsprozesse für hochleistungsfähige und kostengünstige Seltenerd-Magnesium-Legierungen
Die Vorschriften schreiben jetzt eine höhere Kraftstoffeffizienz vor und Entwürfe für Strukturen in der Luft- und Raumfahrt- sowie Automobilindustrie werden zunehmend komplex. Die Erfüllung dieser Erwartungen für hochleistungsfähige Komponenten kann eine Herausforderung sein. Das leichteste aller Metallelemente, Magnesium, erfordert während der Produktion weniger Energieeinsatz und es sind ausgefeiltere Entwürfe möglich, die nicht auf Kosten der Festigkeit gehen. Das Metall kann zu verschiedenen mechanischen Teilen gegossen und für buchstäblich alle Strukturen verwendet werden, die leichter und fester sein sollen. Die schlechten Korrosions- und Kriecheigenschaften sowie die Betriebstemperatur verhindern allerdings die großflächige Marktaufnahme des Metalls. Das Ziel des EU-finanzierten Projekts REMAGHIC war das Recycling von Magnesium-Metallen aus Industrieabfall und die Kombination mit Seltenerdelementen (SEE), um leistungsfähigere Legierungen im Vergleich zu hochwertigem Magnesium herzustellen. „Unser Motto ,hochleistungsfähige Seltenerd-Magnesium-Legierungen zu Kosten von hochwertigem Magnesium‘ gibt unsere Mission überzeugend wieder“, bemerkt Projektkoordinatorin Blanca Araujo. Das Team probierte verschiedene Mischungen mit Magnesium und SEE aus, die für technische Anwendungen geeignet sind und die auf umweltschonende Weise recycelt werden können, um das Preisproblem zu lösen. Förderung einer Recyclingkultur Die kombinierten Anstrengungen des Projektteams führten zu einem geschlossenen Recyclingkreislaufprozess für die Herstellung der Magnesium-Legierung. Dies ist von entscheidender Bedeutung zur Verbesserung der Nachhaltigkeit Europas, damit die Abhängigkeit von Rohstoffen reduziert wird und ein Kreislaufwirtschaftsmodell der Wiederverwendung und des Recyclings anstelle der Freisetzung von Abfallstoffen unterstützt wird. Die Projektmitglider entwickelten verschiedene Techniken für die Rückgewinnung von SEE und Magnesium, die jeweils aus Industrieabfallstoffen beziehungsweise Schlacke/Schrotthaufen wiedergewonnen wurden. Sie berichteten konkret von verschiedenen Prozessen für die Gewinnung und Heraustrennung von SEE aus Phosphorleuchten, Kathodenstrahlröhren und Nickel-Metallhydrid-Batterien, darunter mechanische Bearbeitung, Hydrometallurgie, Solvometallurgie und Pyrometallurgie. „Der abschließende Rückgewinnungsweg, den wir auswählten, erreichte Technologiereifegrad 5. Uns gelang die Gewinnung sehr hoher Anteile von Yttriumoxid aus Beleuchtungen sowie von Lanthan- und Ceroxiden aus Batterien“, bemerkt Araujo. Das Team demonstrierte zudem verbesserte kostengünstige Verfahren für das Recycling von Magnesium, die einen sehr geringen Energieeinsatz erfordern. „Das Magnesium-Recycling kann gefährlicher als das Gießen sein, wenn man bedenkt, dass das Material hochentzündlich ist. Wir zeigten, wie Magnesium-Gießereien ihre eigenen Abfälle recyceln können, anstatt diese direkt im Tiegel wiedereinzuschmelzen, was letztlich zu mehr Verunreinigungen führt“, merkt Araujo an. Eine weitere Errungenschaft des Projekts war die Herstellung und Validierung einer Industrieanlage, die speziell auf das Recycling von Magnesium-Legierungen ausgerichtet ist. Die Anlage, die bei Vollproduktion mit einer Kapazität von 240 kg/h Ingots herstellt, kann an jede Magnesium-Gießerei angeschlossen werden. Praktische Anwendung Im Rahmen von REMAGHIC wurde der Prototyp einer Heckklappe konstruiert, um zu zeigen, wie Magnesium-Legierungen in der Automobilindustrie verwendet werden könnten. Darüber hinaus wurde ein schwenkbares Flugzeugteil umgestaltet, um zu demonstrieren, dass die Kombination aus recyceltem Magnesium und primärem SEE günstiger und leichter im Vergleich zu Titan ist. Die Biomedizin ist ein weiteres Gebiet, in dem Magnesium und Magnesium-Legierungen eine wichtige Rolle spielen können. Das Material bietet Potenzial für medizinische Implantate. Im Vergleich zu Titan, das weitläufig eingesetzt wird, gleicht es in seiner Festigkeit der von Knochen und es ist biologisch abbaubar. „Falls man eine Schraube aus Magnesium in seinem Handgelenk hat, bräuchte man keine Folgeoperation, um diese zu entfernen“, sagt Araujo.
Schlüsselbegriffe
REMAGHIC, Magnesium, Legierung, Recycling, Seltenerdelemente (SEE), Automobil, Luft- und Raumfahrt, biomedizinisch, medizinisches Implantat
