MAGSOLEX
MAGSOLEX befasst sich mit der Reinigung einer Klasse von Rohstoffen, den Seltenen Erden (SE), die für die europäische High-Tech-Industrie von hoher Priorität ist. Im Rahmen des Projekts wird eine magnetunterstützte Lösungsmittelextraktionstechnologie konzipiert, die einen wesentlichen Beitrag zur Deckung des weltweiten Bedarfs an grüner Technologie für die Aufbereitung und das Recycling von Seltenen Erden leisten soll. Das Ziel ist es, die Extraktionskinetik spezifischer SEIonen durch die Nutzung der Kelvin-Kraft zu verbessern, um einen SE Trennungsprozess außerhalb des Gleichgewichts mit einem überlegenen Trennungsfaktor zu realisieren, der im Gegensatz zu modernsten Lösungsmittelextraktionsroutinen steht.
Neben der industriellen und sozialen Bedeutung eines nachhaltigen kritischen Rohstoffs ist die magnetische Trennung von Seltenen Erden auch ein anspruchsvolles wissenschaftliches Problem.
Die Extraktion von Seltenen Erden in einem Öl-in-Wasser-Zweiphasensystem ist mit Grenzflächenreaktionen und Transportprozessen gekoppelt, die durch ein überlagerndes Magnetfeld moduliert werden, d.h. ein multiphysikalisches Problem. Die Trennung erfolgt über eine komplizierte Kopplung zwischen der treibenden Kelvin-Kraft und der entgegenwirkenden Schwerkraft, die die dichtegetriebene Konvektion grundlegend in eine kelvinkraftgetriebene solutomagnetische Konvektion umwandelt. Das Ausschalten der Schwerkraft, wie es bei Parabelflügen möglich ist, ist unerlässlich, um die Kelvin-Kraft zu isolieren und die solutomagnetische Konvektion zu messen. Da der überlagerte Auftrieb am Boden weitgehend minimiert wird, ist dann eine Entschlüsselung der allein durch die Kelvin-Kraft angetriebenen Transportprozesse über die parametrische Variation der Seltene-Erden-Extraktion möglich.
Außerdem führt der Magnetfeldgradient, der auf ein diamagnetisches einzelnes Öltröpfchen in einer paramagnetischen Seltenerd-Salzlösung einwirkt, zu Magnetophoresis. In der Schwerelosigkeit wird das Problem der begrenzenden magnetischen Levitation, gegen die die Magnetophorese wirkt, und der Bildung eines Kräftegleichgewichts mit dem Auftrieb beseitigt, so dass sich für die Untersuchung ein unbegrenzter Öltropfen bilden kann. Auf dem Boden ist das Öltröpfchen sonst auf mm-Skala mit optimierter permanentmagnetischer Anordnung von überlegenem magnetischem Druckgradienten begrenzt, die sonst normalerweise durch supraleitende Magnete oder Material mit überlegener superdiamagnetischer Eigenschaft, z.B. Graphen, realisiert werden. Durch dieRegulierung der Bond- und Morton-Zahl des Öltröpfchens innerhalb eines parametrischen Bereichs, in dem es allein unter der Kelvin-Kraft in der Mikrogravitation geradlinig schwingen kann, kapselt die dämpfende Kinematik die hydrodynamischen Kräfte ein. Dies ermöglicht es uns, den Speicherkern der (Boussinesq-)Basset-Kraft zum ersten Mal experimentell mit einer realistischen, nicht annullierten Reynolds-Zahl zu quantifizieren.