Zentralprojekt - Schlackesynthese, -design und Charakterisierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Friedrich; Professor Dr.-Ing. Urs Peuker
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470552553

Das Projekt betrachtet die metallurgische Schlackenerzeugung sowie die zugehörigen Charakterisierungsmethoden. Der Dienstleistungscharakter des Projektes gegenüber dem SPP ergibt sich aus der Bereitstellung von definiert formulierten und charakterisierten Schlackenproben, da es auch in der zweiten Förderperiode notwendig ist, ausreichende Mengen an EnAM-haltigen Schlacken für die experimentellen Arbeiten bereitzustellen. Als EnAM-System wurde in der 1. FP LiAlO2 n*SiO2 gewählt, das typischerweise beim metallurgischen Recycling von Li-Ionen-Batterien auftritt. In der zweiten Förderperiode kommt ein weiteres Schlackesystem mit EnAM dazu, um die Breite der physikalischen Eigenschaften (Magnetisierbarkeit / Dichte) des Probematerials zu vergrößern und um den EnAM-Ansatz ganzheitlicher zu bearbeiten. Das zweite EnAM-System ist eine fayalitische Schlacke (Fe2[SiO4]), das Tantal in den EnAM anreichert. Die Dienstleistungen umfassen die reproduzierbare Synthese der Schlacken, die EnAM-Kristalle in einer definierten Volumenkonzentration sowie mit definierter Kristallgröße enthalten. Die erstarrte Schlacke wird vor der Weitergabe zerkleinert, um Fraktionen mit definierter Partikelgrößenverteilung bereitzustellen. Begleitend werden die grundlegenden Informationen über die Konzentration und Größe (Verteilung) der Li- oder Ta-EnAM-Kristalle geteilt. Der Forschungsteil des Zentralprojektes konzentriert sich auf zwei Bereiche: metallurgisch-technologische Untersuchungen mit Quantifizierung der metallurgischen Verarbeitungs-eigenschaften des Li-EnAM-Systems und die Weiterentwicklung von 3D-geometallurgischen Charakterisierungsmethoden und deren Anwendung, um einen tieferen Einblick in den Aufbau und die Zusammensetzung der heterogenen Materialstruktur des Li-EnAM-Systems zu ermöglichen. Die grundlegende ingenieurtechnische metallurgische Herausforderung zielt auf die Betrachtung des Einflusses von in praktischen Anwendungen zu erwartenden weiteren Bestandteilen der Li-Schlacke, bspw. Fluor und Phosphor auf die Eigenschaften der Li-EnAM, z.B. Kristallgröße, Kristallform, Ausbeute, Konzentration oder mechanische Stabilität. Die Arbeiten werden abgerundet durch ein Arbeitspaket das reale Ausgangsmaterialien aus Li-Ionen-Batterien für deren pyrometallurgischen Verarbeitung nutzt, um den Nachweis zu führen, dass das EnAM-Konzept zur Rückgewinnung von Li transferierbar ist. Die Arbeiten zur geometallurgischen Charakterisierung zielen auf die Entwicklung einer ganzheitlichen Charakterisierungsmethode für EnAM, um die 3D-Struktur sowie die elementare und mineralogische Zusammensetzung der erstarrten Schlacke mittels 3D-Röntgentomographie in Kombination mit 2D mineralogischer Analyse über korrelative Ansätze zu quantifizieren. So entsteht ein vollständiges 3D Abbild der strukturellen und mineralogischen Informationen der Schlackeprobe mit den eingebetteten EnAM. Die Bilddaten der EnAM-Partikel werden über eine spezielle Datenbank bereitgestellt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2315: Maßgeschneiderte künstliche Minerale (EnAM) - ein geometallurgisches Werkzeug zum Recycling kritischer Elemente aus Reststoffströmen