DE19843883C1 - Verfahren zur Wiederverwendung von Dauermagneten - Google Patents
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Abstract
Beschrieben ist ein Verfahren zur Wiederverwendung von Dauermagneten, welches die folgenden Schritte umfaßt: DOLLAR A - Abtrennung des Magnetmaterials von einem Verbundkörper unter Einwirkung eines gasförmigen Materials, welches das Magnetmaterial durch dessen Einwirkung versprödet wobei ggf. vor und/oder während und/oder nach der Einwirkung des gasförmigen Materials eine mechanische Einwirkung auf den Verbundkörper erfolgt, welche den Vorgang der Abtrennung unterstützt, DOLLAR A - Wiederverwendung des gewonnenen Magnetmaterials zur Herstellung von fabrikneuen Dauermagneten.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiederverwendung von
Dauermagneten durch Trennung des Magnetmaterials von einem
Verbundkörper und Wiederverwendung des gewonnen Magnetmateri
als zur Herstellung von fabrikneuen Magnetmaterialien.
In zunehmendem Maße müssen technische Produkte, insbesondere
Abfall von technischen Produkten, wie z. B. Fernsehgeräte,
HIFI-Anlagen, Computer, Monitore, Peripheriegeräte, zur Wie
derverwendung ihrer Einzelkomponenten bzw. der Herstellungs
materialien wiederverwendet, bzw. rezyklisiert werden. Diese
technischen Produkte stellen Verbundkörper aus verschiedene
nen Einzelmaterialien dar, welche zu einem gewissen Teil Ma
gnetmaterial, wie z. B. Nd-Fe-B, enthalten.
So sind beispielsweise aus der US 5,390,257 Lautsprecher be
kannt, die Dauermagneten aus Seltenen Erden enthalten. Diese
Lautsprecher zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad bei
geringem Gewicht aus.
Bekanntlich ist zur Wiederverwendung eines Materials die Ab
trennung des wiederzuverwendenden Einzelmaterials vom Aus
gangsmaterial notwendig.
In großtechnischem Maßstab wird Abfall häufig vor der Weiter
verarbeitung zerkleinert. Ein Verfahren zur Zerkleinerung ist
aus der US 5,678,773 bekannt. Das beschriebene Verfahren er
möglicht die Trennung von Metallen und Kunststoffen durch me
chanische Verfahren. Bei Magnetsystemen ist jedoch eine Tren
nung des magnetisierten Dauermagneten von den Eisenteilen mit
dieser Methode nicht möglich.
Die Rezyklisierung von Seltenen Erden aus chemischen Verbin
dungen, die Seltene Erden enthalten, läßt sich gemäß der US
5,437,709 auf chemischem Wege durch Flüssigmetall-Extraktion
durchführen. Das Verfahren benötigt eine aufwendige Apparatur
zum Abdestillieren der Seltenen Erden von einer bei der Tren
nung anfallenden Metallschmelze. Es bietet keine Möglichkeit,
beispielsweise bei Nd-Fe-B Magnetmaterial, gleichzeitig auch
die übrigen Elemente Fe und B zurückzugewinnen.
Es besteht demnach immer noch der Bedarf nach einem einfach
durchführbaren Verfahren zur Abtrennung eines Magnetmaterials
von Verbundkörpern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Verfahren zur Wiederverwendung von Dauermagneten anzugeben,
welches einfach und kostensparend durchführbar ist. Eine wei
tere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Ver
fahrens zur Abtrennung von Magnetmaterial von Verbundkörpern,
welches sich auf besonders einfache Weise großtechnisch
durchführen läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren
zur Wiederverwendung von Dauermagneten, welches die folgenden
Schritte umfaßt:
- - Abtrennung des Magnetmaterials von einem Verbundkörper unter Einwirkung eines gasförmigen Materials, welches das Magnetmaterial durch dessen Einwirkung versprödet wobei ggf. vor und/oder während und/oder nach der Ein wirkung des gasförmigen Materials eine mechanische Ein wirkung auf den Verbundkörper erfolgt, welche den Vor gang der Abtrennung unterstützt,
- - Wiederverwendung des gewonnen Magnetmaterials zur Her stellung von fabrikneuen Dauermagneten.
Das Magnetmaterial wird somit aufgrund der Versprödung vom
Verbundkörper bzw. von den am Magnetmaterial anhaftenden Ma
terialien abgetrennt.
Verbundkörper gemäß der Erfindung sind ganz allgemein techni
sche Produkte, die neben anderen Materialien Magnetmaterial
enthalten. Beispiele für erfindungsgemäße Verbundkörper sind
Lautsprecher, Motore, Monitore, Fernsehgeräte, HIFI-Anlagen,
Computer, Peripheriegeräte usw.
Unter den Begriff "Magnetmaterial" fallen ganz allgemein ma
gnetische Materialien, die aus einem Dauermagneten und/oder
einem Weichmagneten bestehen, wobei sich mit dem Verfahren
der Erfindung das Magnetmaterial von den anhaftenden nicht
magnetischen Materialien trennen lassen muß.
Das erfindungsgemäß abtrennbare Dauermagnetmaterial enthält
vorzugsweise Seltene Erden. Beispiele für erfindungsgemäß
einsetzbare Seltene Erden sind Nd, Pr, Ce, Sm und Dy. Bevor
zugt enthält das erfindungsgemäß abtrennbare Magnetmaterial
neben Seltenen Erden noch die Elemente Fe, Co oder B.
Der Mengenanteil, in dem die Seltenen Erden, Fe, Co oder B im
Magnetmaterial vorliegen, richtet sich nach Art und Reinheit
des Magnetmaterials. Das erfindungsgemäß einsetzbare Magnet
material enthält besonders bevorzugt Phasen der Strukturfor
meln Nd2Fe14B, SmCo5, oder Sm2 (Co, Fe, Cu, Zr)17. In den
Dauermagneten können neben den genannten Elementen noch ande
re für Dauermagnete geeignete Elemente vorhanden sein.
Ganz besonders bevorzugt lassen sich Dauermagnete wiederver
wenden, die im wesentlichen aus Nd2-Fe14-B bestehen. Beispiele
für weitere erfindungsgemäß einsetzbare Dauermagnetmateriali
en sind aus der EP-B-0 153 744 bekannt.
Die Abtrennung des Magnetmaterials vom Verbundkörper erfolgt
unter Einwirkung eines gasförmigen Materials. Vorzugsweise
handelt es sich bei dem eingesetzten gasförmigen Material um
Wasserstoff.
Das gasförmige Material wirkt bevorzugt bei einer Temperatur
im Bereich von 20°C (Raumtemperatur) bis 850°C und einem
Druck (absolut) von 0,1 bar bis 150 bar auf das Magnetmateri
al ein. Vor und während der Behandlung mit dem versprödenden
gasförmigen Material kann zweckmäßigerweise, eine thermische
Behandlung bei einer Temperatur erfolgen, die mindestens
gleich der Curie-Temperatur des Dauermagneten ist. Diese Be
handlung dient vorzugsweise der Entmagnetisierung des Dauer
magneten und erleichtert die Abtrennung verschiedener Mate
rialien.
Bereits während oder vorzugsweise nach der Versprödung kann
eine Entfernung, beispielsweise zur Wiedergewinnung, des gas
förmigen Materials durchgeführt werden. Dies erfolgt vorzugs
weise mittels einer Temperaturbehandlung bei einer Temperatur
im Bereich von 200 bis 850°C, wobei diese Temperaturbehand
lung bevorzugt unter Vakuum oder einer Edelgas-Atmosphäre
durchgeführt wird. Als Temperaturbereich bei der Entfernung
sind die Grenzen 400 bis 600°C besonders bevorzugt. Im Falle
des dauermagnetischen Materials beispielsweise auf Basis der
Legierung Nd-Fe-B wird durch die Entfernung des gasförmigen
Materials wie z. B. Wasserstoff, die pulvermetallurgische
Herstellung eines neuen Dauermagneten aus dem rezyklierten
Material erleichtert. Hierdurch läßt sich ein Magnetmaterial
erhalten, welches einen geringen Anteil Wasserstoff enthält.
Dies führt zu guten Magneteigenschaften und guter Korrosions
stabilität.
Die vorstehend beschriebenen Temperaturbehandlungen lassen
sich beispielsweise in einem an sich bekannten widerstandsbe
heizten geschlossenen Ofen, einem Durchlaufofen oder in einem
an sich bekannten Drehrohr-Ofen durchführen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird während
der erfindungsgemäßen Abtrennung mit einem gasförmigen Mate
rial eine mechanische Einwirkung auf den Verbundkörper durch
geführt. Diese mechanische Einwirkung kann durch übliche Zer
kleinerungsmethoden, wie Mahlen, Hämmern oder Backenbrechen
erfolgen.
Die Trennung der verschiedenen Bestandteile läßt sich zweck
mäßig durch an sich bekannte Separationsverfahren wie Sieben,
Sichten oder Magnet- bzw. Wirbelstromseparation durchführen.
Die Wiederverwendung des gewonnenen Magnetmaterials kann in der
Weise durchgeführt werden, daß das gewonnene Magnetmaterial
während der an sich bekannten Fertigung von fabrikneuen Ma
gnetmaterialien als Ausgangsmaterial eingesetzt wird. Zweck
mäßig ist es allerdings, daß das gewonnene Magnetmaterial
frischem Ausgangsmaterial in bestimmten Teilmengen zugesetzt
wird.
Vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
zunächst eine grobe Trennung des Magnetmaterials von den Pro
dukten durch mechanische Einwirkung, beispielsweise gemäß dem
aus der US 5,678,773 bekannten Verfahren, durchgeführt wer
den. Hierbei erfolgt zweckmäßigerweise auch eine Separation
von Kunststoffen und Metallen. Vorzugsweise können die häufig
sehr stark magnetisierten Dauermagnete vor der Zerkleinerung
noch entmagnetisiert werden, was beispielsweise durch eine
Erhitzung der Produkte oberhalb der Curie-Temperatur an Luft
oder unter Luftabschluß (Pyrolyse) möglich ist.
In der Regel sind die Dauermagnete mit Klebstoffen im Produkt
fixiert bzw. es ist ein magnetischer Rückschluß aus Eisen
durch Klebung am Dauermagneten befestigt. Nach der mechani
schen Trennung bzw. Zerkleinerung können die Magnete von an
haftenden Klebstoffrückständen befreit werden. Für die Ab
trennung anhaftender Klebstoffe können an sich bekannte che
mische Lösungsmittel eingesetzt werden. Eine alternative Vor
gehensweise kann darin bestehen, eine zusätzliche Abtrennung
der Klebstoffrückstände von den Dauermagneten mittels einer
Glühbehandlung unter Luftabschluß (Pyrolyse) vorzunehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders zweckmäßig
ohne einen solchen Schritt zur Abtrennung von anhaftenden
Klebstoffen durchführen.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
es, daß das relativ teure Magnetmaterial nahezu pulverförmig
aus dem Verbundkörper zurückgewonnen werden kann, so daß es
ohne bzw. mit einer geringen Zahl zusätzliche Prozeßschritte
wieder pulvermetallurgisch zu neuen Magneten hoher Qualität
verarbeitet werden kann. Außerdem ist es mit dem erfindungs
gemäßen Verfahren möglich, durch geeignete Wahl der Ver
sprödungsbedingungen verschiedene Dauermagnetlegierungen, z. B. als Schrotte, zu trennen.
Ein weiterer Vorteil ist, daß bei Durchführung des erfin
dungsgemäßen Verfahrens eine hohe Ausbeute bei der Rückgewin
nung des teuren Magnetmaterials erreicht werden kann.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele beschrieben, die zur
Erläuterung der Erfindung dienen.
Ein Lautsprecher für Audio- oder Videogeräte, welcher rezy
kliert werden soll, aus einem scheibenförmigen Nd-Fe-B-
Dauermagneten, einem ferromagnetischen Rückschluß in Form ei
nes Eisentopfes und einer Eisenplatte, sowie einer Cu-Spule,
und einem Lautsprecherkorb mit einer Membran, wobei der
scheibenförmige Dauermagnet eine Masse von 7,1 g hat, wird
einer mehrstufigen thermischen Behandlung unterzogen:
- a) Glühung unter Argon-Atmosphäre 1 h bei 350°C (oberhalb der Curietemperatur des Dauermagneten). Dabei werden organische Bestandteile des Lautsprechers pyrolysiert und der Dauerma gnet entmagnetisiert.
- b) Abkühlung auf Raumtemperatur, anschließendes Halten der Lautsprecher unter Wasserstoffgas bei einem Druck von 1 bar für eine Zeit von 2 h. Dabei absorbiert die Nd-Fe-B-Legierung Wasserstoff und versprödet, so daß der Dauermagnet zu einem Pulver zerfällt.
- c) Glühung der Lautsprechersysteme bei 450°C ca. 5 h unter Vakuum, bis ein Vakuum von 0,1 mbar erreicht ist.
- d) Sieben mit einem Sieb der Maschenweite 2 mm nach der ther mischen Behandlung zur Trennung der pulverförmigen Bestand teile von den massiven Bestandteilen. Die groben Bestandteile bestehen vorzugsweise aus metallischen Teilen wie dem Eisen topf; durch Magnetspearation können ferro- und unmagnetische grobe Bestandteile weiter separiert werden.
- e) Sichten des verbleibenden Pulvers zur Trennung von leich teren, meist nicht-metallischen Bestandteilen. Das so erhal tene Pulver besteht zu 32,3% aus Seltenen Erden (Nd, Pr, Dy) zu 1,0% aus B und zu 66,7% aus Fe. Es werden durchschnittlich 6,8 g des Nd-Fe-B-Magneten zurückgewonnen, was einer Ausbeute von 95,8% entspricht.
- f) Mahlen, Sieben und Mischen des erhaltenen Materials mit Nd-Fe-B-Pulver geeigneter Zusammensetzung, Pressen zu Form teilen und Sintern in der an sich bekannten pulvermetallurgi schen Herstellungsweise zur Herstellung neuer Nd-Fe-B- Magneten.
Es wird wie in Beispiel 1 vorgegangen, jedoch mit folgenden
Unterschieden:
Die Trennung des Dauermagnetmaterials erfolgt direkt nach der
Versprödungsbehandlung. Es wird ein granulat- bzw. pulverför
miges Material erhalten, das die Magnetlegierung zu 93,8%
enthält.
Die Lautsprecher, welche Dauermagnete des Typs Nd-Fe-B ent
halten, werden in einem Vakuumbehälter unter einer Wasser
stoffatmosphäre von 1 bar bei Raumtemperatur 3 h gehalten.
Anschließend werden die Membranen mechanisch entfernt und die
Lautsprecher auf einem Rüttelsieb mit einer Maschenweite von
10 mm 30 min lang bewegt. Der abgetrennte Anteil (<5 mm)
enthält die Nd-Fe-B-Legierung zu 88,2%.
Ein Schrott enthält Dauermagnete des Typs Nd-Fe-B und des
Typs Sm-Co in unbekanntem Verhältnis. Die Dauermagnete sind
auf Keramikplatten aufgeklebt. Die Verbundkörper werden 3 h
in einer Wasserstoffatmosphäre von 1 bar bei Raumtemperatur
gehalten. Nach Sieben auf einem Rüttelsieb können von einem
Teil der Verbundkörper die Magnete vollständig entfernt wer
den. In dem abgesiebten Anteil beträgt der Sm-Gehalt <0,3%
und der Nd-Gehalt 32,1%, so daß eine vollständige Trennung
der Magnetsorten gelungen ist.
Die verbleibenden Verbundplatten mit Dauermagneten werden ei
ner Glühung unter Wasserstoff 1 bar bei 850°C unterzogen.
Nach Abkühlung auf Raumtemperatur sind die Dauermagnete von
den Keramikplatten getrennt. Eine chemische Analyse ergibt,
daß die Dauermagnete sämtlich aus Sm-Co-Magneten bestehen;
der Nd-Gehalt beträgt <0,1%.
Die so rezyklierten Sm-Co-Magnete lassen sich leicht zu Pul
ver mahlen. Durch Zumischen von frischer Sm-Co-Legierung las
sen sich wieder vollwertige Sm-Co-Magnete herstellen.
Alle Prozentangaben in den vorangegangenen Beispielen bezie
hen sich auf Gewichtsanteile in Bezug auf das Gesamtgewicht
des Pulvermaterials.
Claims (7)
1. Verfahren zur Wiederverwendung von Dauermagneten umfassend
die Schritte:
- 1. Abtrennung des Magnetmaterials von einem Verbundkörper unter Einwirkung eines gasförmigen Materials, welches das Magnetmaterial durch dessen Einwirkung versprödet wobei ggf. vor und/oder während und/oder nach der Ein wirkung des gasförmigen Materials eine mechanische Ein wirkung auf den Verbundkörper erfolgt, welche den Vor gang der Abtrennung unterstützt,
- 2. Wiederverwendung des gewonnen Magnetmaterials zur Her stellung von fabrikneuen Dauermagneten.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Magnetmaterial ein Dauermagnetmaterial ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Magnetmaterial Seltene Erden enthält.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das gasförmige Material Wasserstoff ist.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das gasförmige Material bei einer Temperatur im Bereich
von 20°C bis 850°C einwirkt.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das gasförmige Material bei einem Druck im Bereich von
0,1 bar bis 150 bar einwirkt.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das nach der Abtrennung des Magnetmaterials eine Entfer
nung des gasförmigen Materials mittels einer Temperaturbe
handlung bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 850°C
erfolgt, wobei diese Temperaturbehandlung unter Vakuum oder
einer Edelgas-Atmosphäre durchgeführt wird.
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