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Projekt
Numerische Untersuchung des Aufschlusses kritischer Rohstoffe in Form von Engineered Artificial Minerals (EnAMs) aus maßgeschneidert erstarrten Schlackephasen durch DEM-basierte Zerkleinerung
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Harald Kruggel-Emden
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470536680
Für die Entwicklung neuer technischer Anwendungen besteht ein ständiger Bedarf an Mineralien, Metallen und natürlichen Materialien. Zu diesen Materialien gehören sogenannte kritische Rohstoffe, die aufgrund ihrer Bedeutung für eine Vielzahl von Branchen und ihres Versorgungsrisikos benannt werden. Für den Übergang Europas zur Klimaneutralität ist es notwendig, einen diversifizierten und unverzerrten Zugang zu den globalen Märkten für diese Rohstoffe sicherzustellen. Dies kann durch die Reduzierung, Wiederverwendung und das Recycling der kritischen Rohstoffe sowie durch die Erschließung neuer Quellen erreicht werden. Schlacken aus pyrometallurgischen Prozessen stellen eine potenzielle neue Quelle kritischer Rohstoffe dar. Traditionell zielen pyrometallurgische Prozesse auf die Wirtschaftlichkeit hinsichtlich der primären Phase ab, und andere Elemente werden in die Schlackenphase getrieben. Während der Erstarrung bildet die Schlacke Kristalle aus, die als Engineered Artificial Minerals (EnAMs) bezeichnet werden können und in denen sich kritische Rohstoffe anreichern. Die Gewinnung der EnAMs erfordert den Aufschluss der Kristalle durch Zerkleinerung und Trennung. Das Ziel dieser Forschungsarbeit besteht darin, einen Beitrag zur Vorhersage des Aufschlusses von EnAMs aus Schlacken zu leisten, indem die Diskrete Elemente Methode (DEM) zur Modellierung verwendet und Modelle für den Aufschluss erweitert werden. Der Bruch in diesem Modell hängt von den EnAM-Bestandteilen und der Textur der Partikel ab. Dies erweitert die Abhängigkeiten, die in der ersten Förderperiode des SPP 2315 berücksichtigt wurden, in welchen Bruch nur in Abhängigkeit von den Bestandteilen realisiert wurde. Um Aufschluss Laufzeiteffizient in die DEM einzubeziehen, wird das Bonded Particle Model (BPM) in Kombination mit experimentellen Einzelpartikeluntersuchungen genutzt, um das Bruchkriterium und die Bruchfunktion als Teil der Particle Replacement Method (PRM) abzuleiten. Erstmals wird ein Prozessmodell für den Aufschluss von EnAMs abgeleitet und erweitert, das auf der DEM-Modellierung durch BPM und PRM basiert und von experimentellen Untersuchungen auf der Einzelpartikel- (Stempelversuch) und der Apparateebene (Walzenbrecher/Mühle) begleitet wird. Dieses Modell kann zur schnellen Prozessbewertung und -optimierung im Rahmen des Aufschlusses von EnAMs eingesetzt werden. Sowohl die DEM-Modelle als auch das Modell des Aufschlusses werden an den Schlacken kalibriert, die in der zweiten Förderperiode des SPP 2315 betrachtet werden. Dies wird es ermöglichen, die Art des Bruchs beim Aufschluss von EnAMs zu verstehen und optimale Prozessbedingungen in diesem Zusammenhang auszuwählen. So gewonnene Erkenntnisse und Modelle erlauben es im Idealfall prädiktive Aussagen zu tätigen, die auch auf natürliche Minerale übertragen werden können.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
