Vloeibare blubber scheidt metaal

De kleinste koperdeeltjes en stukjes lood zijn niet zomaar terug te winnen uit een lading schroot. Handmatig is het veel en geestdodend werk, de boel smelten en dan de metalen scheiden kost per ton koper ongeveer vijfhonderd euro. Een magneet dan misschien? Maar die trekt alleen ijzer aan. Toch ligt hier de oplossing, met behulp van magnetische vloeistof, de Magfluid.

Het principe is vrij simpel. Je laat boven een sterke magneet van ongeveer één tesla (met 0,6 tesla kun je een kaal autowrak tillen) een oplossing met magnetiet (ijzeroxide) zweven. Vervolgens laat je daar het schroot doorheen lopen. De vloeistof die het dichtst boven de magneet hangt, heeft de grootste dichtheid en hierdoor zal eerder lood lopen dan koper.

Ieder metaal kiest dus zijn eigen dichtheidshoogte in de vloeistof. Een scheidingsvlakje in de vloeistof zorgt ervoor dat het lood los van het andere schroot richting de plek loopt waar je het hebben wilt. Lichte metalen als aluminium gaan bovenin de vloeistof drijven, omdat daar de dichtheid het laagst is.

“Ik durf wel te beweren dat de manier waarop wij dit spul toepassen nog nooit door iemand anders is gedaan”, zegt dr. Peter Rem van de sectie grondstoffentechnologie. Hij begeleidt onderzoeker Erwin Bakker en afstudeerder Paolo Moratti bij het experiment met het nieuwe goedje. “Er is wel een Zuid-Afrikaanse groep die over magnetische vloeistof heeft gepubliceerd, maar die vloeistof heeft niet zo’n scheidend vermogen als de onze. Hij kan alleen heel lichte metalen van heel zware scheiden, zoals aluminium van lood. Maar koper van lood scheiden, zoals wij willen, kan die vloeistof niet.”
Muur

Het geheim zit ‘m in de combinatie van een Chinese magneet (de beste in de wereld) en een ultrafijne magnetietoplossing. Deze oplossing bestaat uit kleine deeltjes ijzeroxide van ongeveer twintig nanometer in doorsnede. Een fabrikant met wie Rem samenwerkt heeft op die deeltjes een coating aangebracht, zodat ze niet samenklitten. De Chinese magneet, gemaakt van het volkomen onbekende metaal neodymium, trekt aan de nanodeeltjes en deze vormen een ondoordringbare muur voor alles wat lichter is dan de dichtheid die door de magnetisch krachten wordt gevormd.

Een grappig gezicht, want de pikzwarte vloeistof – die zo dun is als water – drijft los als een dikke laag blubber boven de magneet. “We zijn bij onze groep altijd op zoek naar nieuwe methodes voor metaalscheiding”, zegt Rem. “Toen deze nanodeeltjes op de markt kwamen en er een geschikte coating was ontwikkeld, besloten we ermee te experimenteren. We zijn nu zover dat we op grotere schaal naar industriële toepassingen kunnen kijken.”

Een postdoc van Rem berekende waar hij scheidingswandjes in de vloeistof moest plaatsen om de verschillende metalen richting scheidingsbak te leiden. De plaats van deze wandjes is exact te bepalen als je de sterkte van de magneet weet, en hoe de dichtheid in de vloeistof zich ontwikkelt. Ook invloeden van wrijvingskracht nam hij mee in zijn berekening. Op basis hiervan bouwde hij een experimentele machine en hoewel die nog niet ideaal is, het principe werkt. Hij kan zink van koper scheiden.

“Over een maand gaan we de machine herbouwen, als de magneet komt”, zegt Rem. Dan willen we kijken of we er ook industriële hoeveelheden mee kunnen scheiden, dus enkele tonnen per uur.” De uiteindelijke kostprijs van deze manier van metaal scheiden zou volgens Rem honderd euro per ton zijn, dus vijf maal goedkoper dan smelten en raffineren.

De pikzwarte Magfluid weet kan zink van koper scheiden.

De kleinste koperdeeltjes en stukjes lood zijn niet zomaar terug te winnen uit een lading schroot. Handmatig is het veel en geestdodend werk, de boel smelten en dan de metalen scheiden kost per ton koper ongeveer vijfhonderd euro. Een magneet dan misschien? Maar die trekt alleen ijzer aan. Toch ligt hier de oplossing, met behulp van magnetische vloeistof, de Magfluid.

Het principe is vrij simpel. Je laat boven een sterke magneet van ongeveer één tesla (met 0,6 tesla kun je een kaal autowrak tillen) een oplossing met magnetiet (ijzeroxide) zweven. Vervolgens laat je daar het schroot doorheen lopen. De vloeistof die het dichtst boven de magneet hangt, heeft de grootste dichtheid en hierdoor zal eerder lood lopen dan koper.

Ieder metaal kiest dus zijn eigen dichtheidshoogte in de vloeistof. Een scheidingsvlakje in de vloeistof zorgt ervoor dat het lood los van het andere schroot richting de plek loopt waar je het hebben wilt. Lichte metalen als aluminium gaan bovenin de vloeistof drijven, omdat daar de dichtheid het laagst is.

“Ik durf wel te beweren dat de manier waarop wij dit spul toepassen nog nooit door iemand anders is gedaan”, zegt dr. Peter Rem van de sectie grondstoffentechnologie. Hij begeleidt onderzoeker Erwin Bakker en afstudeerder Paolo Moratti bij het experiment met het nieuwe goedje. “Er is wel een Zuid-Afrikaanse groep die over magnetische vloeistof heeft gepubliceerd, maar die vloeistof heeft niet zo’n scheidend vermogen als de onze. Hij kan alleen heel lichte metalen van heel zware scheiden, zoals aluminium van lood. Maar koper van lood scheiden, zoals wij willen, kan die vloeistof niet.”
Muur

Het geheim zit ‘m in de combinatie van een Chinese magneet (de beste in de wereld) en een ultrafijne magnetietoplossing. Deze oplossing bestaat uit kleine deeltjes ijzeroxide van ongeveer twintig nanometer in doorsnede. Een fabrikant met wie Rem samenwerkt heeft op die deeltjes een coating aangebracht, zodat ze niet samenklitten. De Chinese magneet, gemaakt van het volkomen onbekende metaal neodymium, trekt aan de nanodeeltjes en deze vormen een ondoordringbare muur voor alles wat lichter is dan de dichtheid die door de magnetisch krachten wordt gevormd.

Een grappig gezicht, want de pikzwarte vloeistof – die zo dun is als water – drijft los als een dikke laag blubber boven de magneet. “We zijn bij onze groep altijd op zoek naar nieuwe methodes voor metaalscheiding”, zegt Rem. “Toen deze nanodeeltjes op de markt kwamen en er een geschikte coating was ontwikkeld, besloten we ermee te experimenteren. We zijn nu zover dat we op grotere schaal naar industriële toepassingen kunnen kijken.”

Een postdoc van Rem berekende waar hij scheidingswandjes in de vloeistof moest plaatsen om de verschillende metalen richting scheidingsbak te leiden. De plaats van deze wandjes is exact te bepalen als je de sterkte van de magneet weet, en hoe de dichtheid in de vloeistof zich ontwikkelt. Ook invloeden van wrijvingskracht nam hij mee in zijn berekening. Op basis hiervan bouwde hij een experimentele machine en hoewel die nog niet ideaal is, het principe werkt. Hij kan zink van koper scheiden.

“Over een maand gaan we de machine herbouwen, als de magneet komt”, zegt Rem. Dan willen we kijken of we er ook industriële hoeveelheden mee kunnen scheiden, dus enkele tonnen per uur.” De uiteindelijke kostprijs van deze manier van metaal scheiden zou volgens Rem honderd euro per ton zijn, dus vijf maal goedkoper dan smelten en raffineren.

De pikzwarte Magfluid weet kan zink van koper scheiden.