Seltenerdelemente im Schülerforschungsprojekt und im Berufsschulunterricht
Ohne sie wären die Datenspeicherung auf Festplatten und die Gewinnung von erneuerbaren Energien nicht möglich: Dauermagnete. Ihr Einsatz reicht vom Milligramm-Maßstab in Antrieben von Uhren bis zum Tonnen-Maßstab in Windkraftanlagen. Zu ihren wichtigsten Komponenten zählen die Seltenerdelemente (SEE). Schülerinnen und Schüler sollten wissen, welche Bodenschätze in ihrem Smartphone stecken und wo diese herstammen [1]. So gilt es, den Umgang mit den SEE ebenso zu reflektieren wie den Abbau und Gebrauch von Erdöl, Erdgas, Coltan, Methanhydrat, Manganknollen, Kupfer, Salzen usw. [2]. In diesem Zusammenhang kann die Option des Recyclings durchdacht werden [3]. Im vorliegenden Beitrag zeigen wir, wie Neodym(III)-sulfat aus Festplattenmagneten recycelt wird (Kasten1).
Versuch 1: Recycling von Neodym(III)-sulfat aus Dauermagneten
Versuch 1: Recycling von Neodym(III)-sulfat aus Dauermagneten
Sicherheitshinweise
Der Versuch wird im Abzug durchgeführt. Während des Versuchs (auch während der Vorbereitung und Entsorgung) sind eine Schutzbrille und Handschuhe zu tragen!
Der Umgang mit den Werkzeugen sollte umsichtig erfolgen.
Die Zugabe von konzentrierter Schwefelsäure erfolgt portionsweise und mit größter Vorsicht.
Bei höheren Temperaturen bildet sich Borsäure. Diese wurde als reproduktionstoxisch gekennzeichnet. Beachten Sie die Sicherheitshinweise H: 360FD und P: 201–308+313.
Einige Dauermagneten sind mit einer Mikrometerschicht Nickel beschichtet. Nickel(II)-Ionen wurden beim Menschen als krebserzeugend eingestuft und können zu Kontaktallergien führen. Beachten Sie die Sicherheitshinweise H: 302–332–315–317–334–341–350i–360D–372–410 und P: 201–273–280–302+352–304+340–308+313. Testen Sie das Reaktionsgemisch sicherheitshalber mit einem Nickel-Nachweis („Ni-DADO“).
Recycelbares Material, Laborgeräte und Chemikalien
Zwei Computerfestplatten, Drehmomentschrauber mit Torx-Bit, Hammer, Schlitz-Schraubendreher, hohes 150-mL-Becherglas, Glasstab, Trichter, Filterpapier, Kristallisationsschale, Magnetrührer mit Heizplatte, konzentrierte Schwefelsäure H2SO4 GHS5, destilliertes Wasser, Plastikschüssel mit Eis
Durchführung
Die Hülle der Festplatte wird mit einem Drehmomentschrauber abgeschraubt. (Möglicherweise sind weitere Teile der Festplatte verschraubt.) Der obere Magnetträger wird mit einem stabilen Schlitz-Schraubendreher entnommen. Bevor der untere Magnetträger herausgeholt werden kann, muss ein weiteres Metallteil ausgehebelt werden. Danach kann der untere Träger entnommen werden (Abb.2, links).
Nachdem die Magnetträger erfolgreich aus der Festplatte entnommen wurden, wird der Werkstoff von seinem Träger entfernt. Eventuell vorhandene Beschichtungen aus Polymeren oder aus Nickel werden abgeschabt. Mit der Hammerspitze wird auf den Werkstoff eingeschlagen. Die Schläge müssen gezielt und vorsichtig ausgeführt werden, da es zur Funkenbildung kommen kann. Es ist empfehlenswert, kleine Materialstücke herauszubrechen. Dies vergrößert die Reaktionsoberfläche.
Sobald die Magnetstücke abgebrochen sind, können sie mit einem (magnetischen) Schlitz-Schraubendreher vom Träger entfernt und in das Becherglas überführt werden (Abb.2, 2. v. links).
In das Becherglas werden 60mL dest. Wasser gegeben. Es wird auf die Heizplatte eines Magnetrührers gestellt. Innerhalb von einer Stunde werden 25mL konz. Schwefelsäure portionsweise (!) zugeführt – anfangs nicht mehr als 5mL Schwefelsäure. Jede weitere Zugabe erfolgt erst, wenn die Gasentwicklung nachgelassen hat (Abb.2, Mitte).
Die Gasentwicklung beschleunigt sich, wenn die Heizplatte auf 100 °C eingestellt wird. Eine bessere Durchmischung wird durch kurzzeitiges Anschalten des Magnetrührers erreicht. Die Oberfläche des Magnetwerkstoffklumpens wird durch Zerdrücken mit dem Glasstab vergrößert. Auch dies beschleunigt die Reaktion. Nach ca....
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Praxis
Schuljahr
11-12
