Forschungsteam entdeckt Möglichkeit, um gängige Separierungsmethoden schneller und sauberer zu machen.
Seltene Erden sind Schlüsselkomponenten für zahlreiche High-Tech-Anwendungen. Doch bevor sie zu Magneten für Windräder oder Elektroautos verarbeitet werden können, müssen die einander chemisch sehr ähnlichen 17 Elemente der Rohstoffgruppe, die zudem in sogenannte schwere und leichte Vertreter aufgeteilt sind, eine aufwendige Trennung durchlaufen. Dieser Prozess wird seit Jahrzehnten von China dominiert. Um ihre Lieferketten unabhängiger zu machen, erforschen andere Länder neue und teils umweltfreundlichere Methoden zur Separierung.
Einen solchen Ansatz haben jetzt Forscher des zum US-Energieministerium gehörenden Oak Ridge National Laboratory (ORNL) entwickelt. Durch die Studie, die in Zusammenarbeit mit der Vanderbilt University im Bundesstaat Tennessee durchgeführt wurde, könnten gängige industrielle Trennverfahren verbessert werden.
Um ein bestimmtes Metall aus Lösungen von Seltenerdmineralen zu isolieren, werden Liganden eingesetzt, chemische Stoffe, die sich selektiv an einzelne Elemente in der Lösung binden. Die derzeit besten Trennungsprozesse, so heißt es in der Mitteilung des ORNL, erfolgen stufenweise: von schwer nach leicht oder umgekehrt. Dieser Prozess sei zeitaufwendig und kostspielig, zudem fallen viele Rückstände an, was die Verfahren wenig umweltfreundlich mache.
Ligand mit einzigartigen Eigenschaften entdeckt
Durch Untersuchungen entdeckten die Wissenschaftler ihren Angaben zufolge etwas Einzigartiges: Ein Ligand, der den bislang verwendeten Verbindungen ähnelt, aber sich je nach den Versuchsbedingungen anders verhält. Abhängig von der Säurekonzentration der Lösung und der Zeitdauer binde sich der Ligand an unterschiedliche Seltene Erden, und zwar sowohl an schwere als auch an leichte. In typischen Trennsystemen seien Liganden hingegen nur eine dieser Untergruppen festgelegt, erklärt Co-Studienleiterin Santa Jansone-Popova vom ORNL.
Die Erkenntnis daraus: Ein und dieselbe Verbindung könnte für mehrere verschiedene Trennungen verwendet werden, um die erforderlichen Schritte zu reduzieren und das gesamte Verfahren schneller und sauberer zu machen. Zudem ließe sich die Reihenfolge der Separierung beliebig anpassen.
Nun, da dieses Phänomen bekannt sei, könnten durch entsprechende Forschungen außerdem weitere Verbindungen mit ähnlichem Verhalten entdeckt werden, schreibt das ORNL abschließend. Für die Forschungseinrichtung ist es indes nicht die erste Beschäftigung mit dem Themenfeld der Seltenen Erden, ein Team unter Beteiligung von Jansone-Popova konnte bereits ein Trennverfahren an einen industriellen Hersteller von Chemikalien lizenzieren.
Mehr zu neuen Trennverfahren für Seltene Erden: Auch die Sandia National Laboratories in den USA haben kürzlich eine neue Separierungsmethode für die kritischen Rohstoffe mithilfe besonderer Moleküle vorgestellt. Andere neue Ansätze zur Trennung Seltener Erden umfassen Bakterien, bestimmte Pflanzen und sogar Schwämme.
Photo: Ivan Samkov via Canva
