Metallrecycling zur Herstellung von Nanopartikeln: So funktioniert’s!

Um die vielseitig einsetzbaren Nanopartikel herzustellen zu können, braucht es die entsprechenden Rohstoffe – zum Beispiel in Form recycelter Materialien. Wie Metallrecycling generell möglich ist und wie Sie sogar Hartmetallschrott recyclen können, erfahren Sie in diesem Beitrag.

Metallrecycling: Eine gute Idee für Umwelt und Wirtschaft?

Nicht nur bei Materialien wie Kunststoffen, Pappe und Papier oder Textilien spielt das Recycling eine große Rolle. Gerade auch die knappen und stetig teurer werdenden Metalle werden immer häufiger recycelt. Die Gründe dafür liegen auf der Hand:

• Die natürlichen Ressourcen sind begrenzt. Durch das Metallrecycling können wertvolle Rohstoffe weiterverwendet und der Abbau der übrigen Ressourcen verlangsamt werden.
• Durch das Recycling werden nicht nur Rohstoffe erhalten und gesichert, sondern zusätzlich die Umwelt geschützt. Dazu gehört auch eine Minimierung des Energiebedarfs: Das Metallrecycling braucht je nach Verfahren deutlich weniger Energie als Abbau und Verarbeitung der gleichen Menge Rohstoffe. Wird Aluminiumschrott recycelt, werden dabei zum Beispiel nur 5 % der Energie verbraucht, die für die Gewinnung der gleichen Menge Aluminium aus Bauxit benötigt werden.

Besonders gut und ohne Qualitätsverlust zum Metallrecycling geeignet sind vor allem Metalle und Edelmetalle, wie beispielsweise:

• Kupfer
• Silber
• Gold
• Aluminium
• Stahl

Seit Neuestem können auch Wolfram bzw. Wolframverbindungen recycelt werden. Als Ausgangsmaterial dienen dabei klassischer Elektronikschrott oder ausrangierte Bauteile, aber auch Schlämme und Schlacken mit metallischen Rückständen aus der Industrie. Auch besonders wertvolle Hartmetallschrotte wie ausrangierte Präzisionswerkzeuge werden im Rahmen des Metallrecyclings in den Produktionskreislauf zurückgeführt.

So werden reine Metalle recycelt

Ein Großteil der recycelten Metalle wird nach der Sortierung und Zerkleinerung einfach wieder eingeschmolzen oder granuliert. Anschließend werden die Metalle nach Bedarf in Form gebracht, weiterverarbeitet oder dem Kreislauf wieder zugeführt. Ist eine mechanische Trennung nicht möglich oder liegt der Schrott nicht sortenrein vor, müssen die Metalle aber zunächst einmal herausgelöst werden.

Grundsätzlich kann zwischen chemischen und elektrolytischen Verfahren unterschieden werden, die zur Gewinnung reiner Metalle im Rahmen des Metallrecyclings infrage kommen.

Chemische Metallrecycling-Verfahren

Eines der am häufigsten verwendeten chemischen Verfahren beruht auf der Verwendung verschiedener Gasphasenprozesse. Hierfür muss das im Metallrecycling gewonnene Ausgangsmetall verdampft werden. Die ersten Metallpartikel entstehen durch die homogene Keimbildung. Der Rest der Metallpartikel bildet sich durch Kondensation des Gases, durch chemische Reaktionen oder durch Partikelfusion.

Besonders hervorzuheben ist außerdem die Sprühpyrolyse und hierbei die Ultraschall-Sprühpyrolyse, die bereits in den vergangenen Jahrzehnten Gegenstand der Forschung war und sich als vielseitige Option erwiesen hat. Hierfür wird eine entsprechende Lösung zunächst per Ultraschall atomisiert. Die feinen Tropfen werden dann in einen speziellen Ofen geleitet, in dem der Übergang von Atomen zu größeren Teilchen stattfindet.

Elektrolytische Verfahren

Elektrolytische Verfahren erzielen die Freisetzung der gewünschten Metalle aus den Verbindungen mithilfe von Strom. Besonders bei Kupfer, das mit Zink, Eisen, Silber und Gold verunreinigt ist, wird erfolgreich auf die sogenannte elektrolytische Raffination gesetzt. Das Kupfer wird dafür als Anode in verdünnte Schwefelsäure getaucht und setzt sich in seiner Reinform an der Kathode ab. Die unerwünschten Verunreinigungen verbleiben in der Lösung oder sedimentieren als Anodenschlamm.

Diese klassischen Verfahren zum Metallrecycling haben jedoch einige Nachteile:

• Mit ihnen können zumeist nur Partikel in Mikron-Größe und keine puren Nanomaterialien mit enger Durchmesserverteilung hergestellt werden.
• Sie brauchen zum Teil hohe Temperaturen oder viel Energie, was zu hohen Kosten und weniger Nachhaltigkeit führt, wodurch diese damit auch nicht sonderlich rentabel sind.
• Außerdem sind diese Verfahren nur bedingt geeignet, um Hartmetallschrott aus Materialien wie Wolfram oder Wolframcarbid zu recyceln, da neben den Kosten zudem auch der Zeitaufwand oft groß ist.

Um auf nachhaltige, kostengünstige und skalierbare Art und Weise Nanoteilchen durch Metallrecycling von Hartmetallschrott zu gewinnen, sind daher andere Herangehensweisen gefragt.

Recycling von Hartmetallschrott: Biohydrometallurgie macht es möglich

Die Biohydrometallurgie ist ein Teilgebiet der Geobiotechnologie, die sich mit dem Einsatz mikrobieller Verfahren im Bereich Bergbau und Umweltschutz befasst. Inzwischen spielt sie auch beim Recycling von Metallen eine wichtige Rolle.

Eines der Verfahren aus dem Bereich der Biohydrometallurgie ist das Bioleaching (Biolaugung). Mithilfe des Bioleachings können als Sulfide, Oxide, Hydroxide, Phosphate, Karbonate oder Silikate gebundene Metalle extrahiert werden – auch wenn sie nicht gelöst sind, sondern als kompakter Feststoff vorliegen. Je nach Art der Verbindung kommen auch dafür verschiedene Mikroorganismen zum Einsatz, um die Stoffe in eine lösliche Form umzuwandeln.

Mit diesem Verfahren lassen sich beispielsweise auch stabile Wolframverbindungen auflösen und das wertvolle Wolfram aus Hartmetallschrotten zurückgewinnen.

Beim Metallrecycling trifft Nachhaltigkeit auf Innovation

Metallrecycling spielt schon heute eine wichtige Rolle, um weltweit Ressourcen zu schonen und eine nachhaltigere Wirtschaft zu ermöglichen – und die Potenziale sind noch lange nicht ausgeschöpft. Da beispielswiese nicht alle Recyclingverfahren für Hartmetallschrott wie Wolfram geeignet sind, kommt alternativen Ansätzen wie dem umweltfreundlichen Bioleaching zunehmend eine besondere Bedeutung zu. So können auch im Bereich der Nanotechnologie recycelte Materialien dafür sorgen, dass Innovation und Nachhaltigkeit in Zukunft Hand in Hand gehen.

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