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Recycling: Blitzerhitzung ermöglicht Rückgewinnung von Metallen aus Elektroschrott
Schwer verwertbarer Elektroschrott: In flammhemmenden Kunststoffen steckt das knappe Metall Antimon, das bei der üblichen Aufbereitung leicht verloren gehen kann. Ein neues Verfahren mit extrem kurzen Stromstößen gewinnt im Labor rund 90 Prozent davon zurück und entfernt zugleich einen großen Teil des gebundenen Broms. Dabei entstehen weniger schädliche bromorganische Verbindungen als bei langsamem Erhitzen.
Houston (U.S.A.). Kunststoffgehäuse vieler Elektrogeräte enthalten Zusätze, die im Brandfall das Entzünden und die Ausbreitung von Flammen erschweren sollen. Häufig kommen dafür bromierte Flammschutzmittel zusammen mit Antimonoxid zum Einsatz. Ausgerechnet diese Stoffe erschweren jedoch das Recycling, weil beim Erhitzen problematische Verbindungen entstehen können.
Bei der herkömmlichen thermischen Aufbereitung kann zudem Antimon verloren gehen, während bromhaltige Abbauprodukte in die Abluft gelangen. Eine möglichst kurze Erhitzungsphase könnte beides begrenzen und aus schwer verwertbaren Kunststoffresten wieder nutzbare Rohstoffe machen.
Ein Forschungsteam mit Dr. Yufeng Zhao von der Corban University als einem der beiden korrespondierenden Autoren hat dafür eine besondere Form der sogenannten Flash-Joule-Erhitzung untersucht. Bei dieser Methode liegt zerkleinerter Kunststoff zwischen zwei elektrisch beheizten Kohlenstoffpapier-Schichten, die ihn durch kurze Stromimpulse auf hohe Temperaturen bringen.
Die Kunststoffreste werden mehrmals impulsartig erhitzt und anschließend kurz auf hoher Temperatur gehalten. Dabei lässt sich freigesetztes Antimon in einer getrennten Sammelzone wieder abscheiden. Den besonders kritischen Temperaturbereich von 200 bis 500 Grad Celsius durchlief das Material laut der offiziellen Universitätsmitteilung in nur 9,4 Millisekunden.
„Wir erhitzten es mehrfach in ultraschnellen Impulsen“, erklärt Leo Haoxin Ye von der Rice University.
Erprobt wurde das Verfahren an flammhemmenden Materialien aus einem Netzteilgehäuse, einer Leiterplatte und einem elektrischen Steckverbinder. Diese Versuche zeigen seine grundsätzliche Anwendbarkeit auf verschiedene Proben, ersetzen aber noch keinen Langzeittest in einer industriellen Recyclinganlage.
In den Laborversuchen ließen sich ungefähr 90 Prozent des Antimons mit einer Reinheit von mehr als 97 Prozent zurückgewinnen. Gleichzeitig wurden 83 Prozent des Broms in Form von Bromwasserstoff erfasst, aus dem sich durch eine weitere chemische Behandlung Bromidsalze herstellen lassen.
Der Anteil schädlicher bromierter organischer Verbindungen verringerte sich gegenüber langsamer Erhitzung um 34 bis 51 Prozent. Die schnelle Temperaturführung begrenzt offenbar Reaktionen, bei denen solche Stoffe entstehen können. Zudem fördert sie laut der Studie die Umwandlung von Antimonverbindungen zu metallischem Antimon und die Abtrennung des Broms.
„Antimon ist ein kritisches Metall mit begrenztem Angebot“, erklärt Prof. James M. Tour von der Rice University.