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SPP 2315:  Maßgeschneiderte künstliche Minerale (EnAM) - ein geometallurgisches Werkzeug zum Recycling kritischer Elemente aus Reststoffströmen

Fachliche Zuordnung Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Förderung Förderung seit 2021
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441888760
 
Aktuell befindet sich die Weiterentwicklung der Recyclingtechnologie an einem Scheideweg. In den Industrieländern wurden Recyclingtechnologien eingeführt, mit denen jene Elemente und Materialien zurückgewonnen werden, die die größte Masse des Abfalls ausmachen und ein Geschäftsmodell haben. Es fehlt jedoch an Technologien für die wichtigen und oft seltenen Elemente einer modernen Gesellschaft, die immer noch in den Abfallströmen verschwinden. Diese Elemente verleihen einem technischen Produkt in der Regel seine besondere Funktionalität; sie sind in Batterien, Kondensatoren, Magneten, elektronischen Schaltungen, Sensoren und funktionalen Verbundstrukturen im Allgemeinen enthalten. Eine bedeutende Senke für eine große Anzahl dieser Elemente sind pyrometallurgische Prozesse zur Rückgewinnung von Metallen. Da diese Prozesse traditionell auf die Qualität, die Ausbeute und die wirtschaftliche Bedeutung der Metallphase abzielen, werden alle die Materialqualität beeinflussenden Elemente im Schmelzvorgang in die Schlackenphase transferiert. Letztere besteht aus Oxiden, Phosphaten, Karbonaten oder Sulfiden dieser Metalle. So wird die Schlacke zum Träger einer Vielzahl von wertvollen Elementen. Deren Konzentration ist gering, sie werden mit der Erstarrung in die anorganische Matrix der Schlacke integriert und damit als Füllstoff, Bindemittel oder Geopolymer im Bauwesen genutzt. Diese Nutzung trägt formal zu einer Recyclingquote bei, wobei die kritischen Elemente vollständig aus dem Rohstoffkreislauf entfernt werden. Das SPP 2315 EnAM befasst sich mit der Schlackenphase als wichtige Quelle für kritische Technologieelemente. Wenn die Schlacke erstarrt, bildet sie entweder eine homogene amorphe Struktur oder definierte Kristalle. Diese werden als künstliche Minerale (EnAM) betrachtet und ihre Synthese wird untersucht, um verdünnte Elemente stark zu konzentrieren. Das SPP 2315 befasst sich aktuell mit Li, Ta oder Cr enthaltenden Schlackensystemen. Die Bildung von EnAM selbst hängt von der Thermodynamik des komplexen Mehrkomponentensystems der Schlacke sowie den Prozessbedingungen der Schmelze ab, bspw. dem Temperaturprofil und -gradienten während der Erstarrung. Die Identifizierung und Charakterisierung eines EnAM-Systems ist nur der erste Schritt im SPP 2315; der EnAM-Kristall muss bis zu einer ausreichenden Größe und Reinheit kristallisiert und dann mechanisch von der verbleibenden, teilweise amorphen Matrix befreit werden. Die mechanische Sortierung der EnAM-Partikel führt schließlich zu einem neuen Erzkonzentrat. Da es sich bei der Schlackenaufbereitung bisher um einen Abfallbehandlungsprozess handelt, fehlt es an Strategien und Prozessgesetzen. Das SPP 2315 widmet sich daher auch der Entwicklung von geeigneten Zerkleinerungsgesetzen und Flotationsstrategien für EnAM. Zusammenfassend arbeitet das SPP 2315 an ganzheitlichen Trenn- und Konzentrationskonzepten, die es ermöglichen, in Zukunft mehr Elemente im Stoffkreislauf zu halten.
DFG-Verfahren Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug Österreich

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