E-Schrottrecycling Eine Zukunftsvision

Transkript

1 Hamburg T.R.E.N.D E-Schrottrecycling Eine Zukunftsvision Prof. Dr.-Ing Kerstin Kuchta 1

2 Recycling von Elektroschrott Was ist geeint? Was ist gelöst? Was fehlt? 2

3 Geeint Schonender Umgang mit Ressourcen Entkopplung des Wirtschaftswachstums von Ressourcenverbrauch und Umweltbelastung Definiert begrenztes Vorkommen 3

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6 Umwelt- und Klimabelastung bei der Primärgewinnung West Mine Main Mine East Mine Bayan Obo Bayan Obo mine: 18 km 2-3 km. Hauptmine und Ostmine verfügen über 600 Mio. Mg Erzreserve Westmine 800 Mio. Mg Erz Eisengehalt: 33-35% Aktuell: 4,5 Mio. Mg/a Fe und 0,1 Mio.Mg SE-Konzentrate QF Wu : The utilization of the wastes from mining and processing in Baotou, China, Reuse & Recycling, Istanbul

7 Rohstoffgewinnungsprozesse Open pit mining QF Wu : The utilization of the wastes from mining and processing in Baotou, China, Reuse & Recycling, Istanbul 2012 Ores Waste rocks Separation Iron concentrates Rare earth concentrates Tailings Effluent Sintering blast furnace conversion Extraction of REs Effluent Ferrous Slag Iron & steel products RE products RE slag Effluent 7

8 Abraum und Abfälle der Produktion Schlamm (Tailing), 149 Mio. Mg, 2006 Ablagerungsfläche: 11km Mg/a radioaktive SE-Schlacke QF Wu : The utilization of the wastes from mining and processing in Baotou, China, Reuse & Recycling, Istanbul 2012 Schlamm aus SE-Produktion 6,6 Mio Mg/a mit 0,048 % Thorium (radioaktiv) 8

9 Mengenpotenziale 9

10 Was ist (fast) gelöst? 10

11 BVT für die E-Schrottaufbereitung Sortierung Zerkleinerung, z.b. Hammermühle Abluftreinigung Man. Sortierung Magnettrennung Eisenmetallfraktion Schwingsieb Zerkleinerung, z.b. Prallmühle Wirbelstromscheidung Nichteisenmetalle Sensorgestütze Sortierung Kunststofffraktionen Dichtetrennung, z.b. Luftherd Nichteisenmetalle Mischkunststoffe (In Anlehnung an VDI 2343 und BVT UBA 2012) 11

12 Heute recyclingfähige Bestandteile von E-Schrott Stahl (Gehäuse, Halterungen, etc.) Stahlrecycling Kupfer (Platinen, Kabel) Kupferhütte Kunststoffe (Gehäuse, Hüllen, Displays) Energetische Nutzung, Stoffliche Verwertung Edelmetalle (Platinen) Kupferhütte, Refining 12

13 Kupfer in Elektroschrott Weltweit: 6 % Recyclingkupfer Deutschland: 60 % Recyclingkupfer E-Geräte Stock in Deutschland 1) Handys ca Mg TV Geräte ca Mg PCs ca Mg 0,6% Anteil Weltproduktion Keine Primärrohstoffe in Europa Recycling / Stand der Technik 1) Fraunhofer

14 Zusammensetzung einer LCD-Fernsehers 36,5 % Kunststoffe, Acrylglas und ABS CCFL Beleuchtung Lautsprecher Display 44 % Eisen und Aluminium 11 % Elektronik Hobohm,

15 Rückgewinnung der Leuchtstoffe aus LCD Displays Demontage Zerkleinerung Trennung von Metall, Quecksilber, Yttrium, Glas, z.b. Flotation, Extraktion 15

16 Was bleibt zu tun? 16

17 Wie sind die Perspektiven HDD SSD Miniaturisierung Mengenentwicklung Materialentwicklung Multi-Metall-Recycling hardwrk.com elektrotechnik.vogel.de 17

18 Ergebnisse Gewichtsmessung Handys 300 durchschnittliche Gewichte Gewicht [g] Gesamt Platine Akku Jahr 18

19 Ergebnisse Platinen (durchschnittlicher Goldgehalt) 0,16 0,14 Max.: 0,1174 mg/g 0,12 mg Gold/ g Platine 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 Min.:0,0117 mg/g -0, Jahr 19

20 Optimierung des Gesamtsystems Rohstoffe Bauteile/ Geräte Nebenprodukte Produktion Konsum Erfassung Sortierung/ Vorbehandlung Mono/gemischte Fraktion Mono/gemischte Fraktion Methoden und Verfahren zum Recycling kritischer Metalle Refining 20

21 Erfassung der Verluste über Restabfall 21

22 Angepasste Erfassung Erfassung der Leuchtmittel IT - Geräte Displays Globale Sammlung Monolith 1 kg/ Fahrzeug Edelmetallgehalt ca. 2 g/ Kat Kat im Fahrzeug 0,02 % 22

23 Identifikation / Markierung Ressourcenrelevante Bestandteile Entwicklung von On- Line Analytik 23

24 Recyclingstrategien für Seltene Metalle aus Elektroschrott Makroskalisch/ Bauteil Mikro/nanoskal isch Potenzial Magnete, z.b. Neodym, Dysprosium Leuchtstoffe, z.b. Yttrium, Europium Erfassungssystem Spezifische Sammlung Gemischte Fraktion Potenzielle Verfahren Manuelle Zerlegung Reuse Schmelze Extraktion Dielektrophorese Biosorption Isotrophe Flüssigkeiten Extraktion Flotation 24

25 Festplatten Zerlegung Platine Nd-Magnete Alu-Case Aufbereitung Kupferhütte Pro Platine (50 g) bis zu 0,04 g Au, 11 g Cu Alu-Schmelzwerk Lagerung Nd-Magnete Ggf. Schmelzen, Extrahieren 25

26 Potenzielle Verfahre zum Recycling hartmagnetischer Werkstoffe 1. Aufschmelzung in inerter Atmosphäre (Oakdene Hollins 2010) 2. Re-use der magnetischen Werkstoffe 3. Leaching und selektive Extraktion 4. Rückgewinnung über Schmelzen (Shirayama Okabe 2009). 26

27 Extraktion über Schmelzen Reaktionstemperatur: 1273 K Source: Sakae Shirayama and Toru H. Okabe Tokyo, Japan 27

28 Rohstoffe in LEDs LED-3 (geglüht) mg/kg µg/led Gadolinium 1,72 0,0344 Mrosk, C 2009 Indium 51,3 1,026 Cer 92,2 1,844 Europium 67,5 1,35 Praseodym <2 <0,04 Terbium 43,7 0,874 Gallium 117 2,34 Kessel, K,.Hobohm, J. Qualitatives und quantitatives Sekundärrohstoffpotential von Seltenen Erden in LCD- Fernsehern. Diplomarbeit an der TUHH

29 Biotechnologische Prozesse Bioleaching Biosorption 29

30 Biosorption von Seltenen Metallen an Algenbiomasse Sorbent Mass of sorbent (g l 1 ) q (mg g 1 ) Aufnahme von Neodym bis zu 14 % schneller Prozess Algenbiomasse nicht lebend Nachgeschaltete energetische Nutzung mit Rückgewinnung der Aschen Nachgewiesen auch für andere Seltene Erdmetalle und Edelmetalle 2 h 16 h A. gracilis A. densus Monoraphidium sp Chlorella minutissima Biosorption isotherms for neodymium using Monoraphidium sp. ( ), Yeast F ( ), Penicilium sp. ( ) and activated carbon ( ) at 30 C. (Biosorbent concentration 0.1 g l 1 and ph 1.5). (Mauricio C. Palmieri a, Oswaldo Garcia Jr. a,*, Petr Melnikov, 200)b 30

31 Fazit Rohstoffe sind begrenzt und nicht in Europa Primärgewinnung ist mit erheblichen Umweltund Klimabelastungen verbunden Stahl, Kupfer, Alu, Edelmetalle existieren Wege Bedarf kann nicht allein durch Recycling gedeckt werden Identifikation von ressourcenrelevanten Bauteilen auf dem Weg Veränderungen! Sammlung anpassen Entwicklung von Verfahren zur Rückgewinnung hartmagnetischer Werkstoffe Leuchtstoffe Forschung zur SE- Konzentraterzeugung und angepasster Refining-Technologien 31

32 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit A B FA L L R E S S O U R C E N W I R T S C H A F T am Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft 32