Seltene Erden-Elemente (REE) werden aufgrund ihrer technologischen Bedeutung und geopolitischen Versorgungskriterien als kritische Metalle eingestuft. Sie werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, einschließlich der Herstellung von Magneten, Batterieelektroden, Katalysatoren und Polierpulver. Viele dieser Anwendungen sind wichtig für die sog. „grünen“ Technologien. Dauermagneten sind hinsichtlich der Marktgröße die wichtigste Anwendung insbesondere für Neodym-, Praseodym-, Dysprosium- und Terbium-Magnete, die in NdFeB-Magneten verwendet werden. Die Nachfrage nach Seltenerdelementen für die Herstellung von Magneten nimmt zu und es wird erwartet, dass sich dieser Trend in den kommenden Jahren fortsetzt. Um die mit der Nachfrage verbundenen Risiken zu verringern, wurden Maßnahmen zur Entwicklung von Recyclingtechnologien zur Wiederverwendung von NdFeB aus Magneten ergriffen. Während der industrielle NdFeB-Schrott bereits zurückgewonnen wird, ist das Recycling von Magneten aus Altprodukten noch weitergehend auf Labor- und Pilotprojekte beschränkt. Diese Abhandlung stellt die Ergebnisse der Materialanalyse vor, die die Möglichkeit bestätigen, magnetische Materialien durch die Einarbeitung in eine Polymermatrix zu recyceln und mittels Spritzgussprozess vorzubereiten.
Kern der vorliegenden Dissertation ist die Frage, wie der geschlossene Kreislauf und das Recyclingverfahren von Neodynium Magneten aus Elektroschrott gestattet sein soll. Um diese Frage zu beantworten, sind folgende Aspekte relevant:
• Die Wahl der Technologien/Prozesse, die für das Recycling eingesetzt werden.
• Nachweis der Wiederverwendung von Neodym-Magneten, die aus WEEE (Waste of Electrical and Electronic Equipment) gewonnen sind.
• Herstellung und Analyse von Polymer/Magnet- Compound.
• Einfluss der Magnetpartikel, abhängig von ihrer Anzahl und Größe, auf die Viskosität und Fließverhalten des Materials während des Spritzgussprozess.
• Analyse des Einflusses der Restmagnetisierung auf das Fließverhalten und einer gezielten Anordnung von magnetischen Partikeln im Bauteil.
• Technisch-ökonomische Analyse, die entscheidend dazu beitragen wird, ob und in welchem Ausmaß die Einführung des Prozesses erreichbar ist und damit geschlossene Kreisläufe möglich sind.
Auf der Grundlage einer umfangreichen Analyse wurden die optimalen Prozessparameter und die Spritzgussmöglichkeiten des verwendeten Materials vorgestellt. Die Nachfrage nach NdFeB-Magneten in Motoranwendungen wächst und wird in den nächsten Jahren voraussichtlich noch zunehmen. Vor allem die Nachfrage nach E-Bike und E-Autos gewinnt an Bedeutung. Infolgedessen wird die Nachfrage nach schweren Seltenen Erden steigen, was die Entwicklung von Recyclingsystemen für diese Materialien erforderlich macht.Rare earth elements (REE) are classified as critical metals due to their technological importance and geopolitical supply criteria. They are used in a wide range of applications, including the manufacture of magnets, battery electrodes, catalysts, and polishing powders. Many of these applications are important for so-called "green" technologies. Permanent magnets are the most important application in terms of market size, particularly for neodymium, praseodymium, dysprosium, and terbium magnets used in NdFeB magnets. The demand for rare earth elements for the production of magnets is increasing and this trend is expected to continue in the coming years (Langkau S. 2020; Li J. 2020; Goodenough K.M. et al. 2018). To mitigate the risks associated with that demand, have been taken to develop recycling technologies to reuse NdFeB magnets. While industrial scrap is already being recovered, recycling of magnets from end-of-life products is still further limited to laboratory and pilot projects. The following work presents the results of the material analysis, which confirm the possibility to recycle magnetic materials by using a polymer matrix.
The main goal of this dissertation is the question of how the closed-loop and recycling process of neodymium magnets from electronic waste should be designed. To answer this question, the following aspects are relevant:
• The choice of technologies/processes used for recycling and processing.
• Evidence of reuse of neodymium magnets obtained from WEEE (Waste of Electrical and Electronic Equipment).
• Process flow analysis and final product evaluation (polymer/magnet compound).
• The effect of magnetic particles characteristics (size, distribution, and contribution) on the viscosity and flow behavior of the material during the injection molding process.
• Analysis of residual magnetization on the flow behavior and a targeted arrangement of magnetic particles in the component.
• Technical-economic analysis, which decisively contributes to whether and to what extent the introduction of the process is achievable.
Based on an extensive analysis, the optimal process parameters and the maximum injection possibilities of the material used is discussed along the whole processing line. The demand for NdFeB magnets in motor applications is growing and is expected to increase in the coming years. In particular, the demand for e-bikes and e-vehicles is gaining importance (Kampker A. et al. 2021; Pollák F. 2021; Flores P.J 2021). As a result, the demand for heavy rare earths will increase, necessitating the development of recycling systems for these materials, where this thesis is one basic concept to close the loop
