r 3 Verbundprojekt Separate Rückgewinnung von elementarem Zinn und Kupfer aus verbrauchten Zinn-Stripperlösungen der Leiterplattenindustrie

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1 r 3 Verbundprojekt Separate Rückgewinnung von elementarem Zinn und Kupfer aus verbrauchten Zinn-Stripperlösungen der Leiterplattenindustrie URBAN MINING Kongress & r³ Statusseminar Strategische Metalle. Innovative Ressourcentechnologien 11./ , Messe Essen

2 Projektziele Separate Rückgewinnung von Zinn (Sn) und Kupfer (Cu) in elementarer Form aus verbrauchten Stripperlösungen Qualitativ hochwertige stoffliche Verwendung der Restlösungen zu Nebenprodukten Anschlussfähigkeit mit Zielmetallen Gallium, Indium und sämtliche Edelmetalle URBAN MINING Kongress & r 3 Statusseminar, Essen, 11./

3 Projektpartner BECE Leiterplatten-Chemie GmbH Rheinböllen Institut für Energie und Umwelttechnik e. V Duisburg Harmuth Entsorgung GmbH Essen URBAN MINING Kongress & r 3 Statusseminar, Essen, 11./

4 Marktsituation Hauptprodukte Zinn Preisentwicklung: + 140% (Jan Jan. 2014) Aktueller Marktpreis: ,- US-$ / t ( ) Ab 2018 Versorgungslücke von t/a weltweit (zum Vergleich: Sn-Bedarf Deutschland ca t/a) Kupfer Preisentwicklung: + 170% (Jan Jan. 2014) Aktueller Marktpreis: 6950,- US-$ / t ( ) URBAN MINING Kongress & r 3 Statusseminar, Essen, 11./

5 Prozess Zinn-Strippen in der Leiterplattenfertigung Galvanisch abgeschiedenes Zinn kommt als Metall-Ätzresist zum Einsatz Dicht abgeschiedene Schichtdicken von 5-8µm sind ausreichend Die unter dem Zinn befindlichen und aus Kupfer bestehenden Leiterbahnen sowie die durchmetallisierten Bohrungen, werden in dem nachfolgenden alkalischen Ätzvorgang geschützt und freiliegendes Kupfer geätzt. Anschließend müssen die mit Zinn beschichteten Kupferbahnen durch Zinn-Strippen freigelegt werden Eisenverbindungen im Zinn-Stripper entfernen die entstandene intermetallische Cu/Sn-Phase Korrosionsinhibitoren verhindern einen zu starken Angriff auf die aus Kupfer bestehenden Leiterbahnen (Abtragswerte von <1µm Cu) Schätzungsweise betragen die derzeitigen Mengen an verbrauchten Stripperlösungen in Deutschland ca. 1200t pro Jahr URBAN MINING Kongress & r 3 Statusseminar, Essen, 11./

6 Eigenschaften Sn-Stripper Enthält neben Salpetersäure auch Eisenverbindungen, Chloride und Additive Anreicherung auf bis zu: Sn g/l, Cu g/l Probleme bei der Metallrückgewinnung Hoher Nitrat- und Säuregehalt Sn liegt in Form von kolloiden Meta-Zinnsäure-Feinstpartikeln vor Additive wirken u. a. komplexierend auf die Metallionen Abb. 1: Verbrauchter Sn-Stripper URBAN MINING Kongress & r 3 Statusseminar, Essen, 11./

7 Status quo der Sn-Stripper-Entsorgung / Potentiale Deklaration verbrauchter Stripperlösungen als gefährlicher Abfall unter AVV Vermengen und unspezifische Behandlung führt zu einem Verbindungsgemisch verschiedenster Metalle, das größtenteils entsorgt wird Bei Annahme eines jährlichen Anfalls von 1200t verschiedener Stripperlösungen ergeben sich für Deutschland gewinnbare Frachten von ca. 250t Sn und ca. 50t Cu Anschlussfähigkeit erschließt weitere Möglichkeiten zur Gewinnung hochpreisiger Industrie- und Edelmetalle URBAN MINING Kongress & r 3 Statusseminar, Essen, 11./

8 Arbeitspakete (AP) Verant AP 1: Koordination des Verbundvorhabens, Außendarstellung, Berichtswesen AP 2: Chargenweise Bereitstellung und analytische Charakterisierung von verbrauchter Zinnstripper-Lösung AP 3: Vorhabenbegleitende Recherchen bzgl. neuer Verfahren oder Erkenntnisse, die das Projektthema betreffen AP 4: Laborversuche zur zweckmäßigen Verfahrensausgestaltung AP 5: Reaktionstechnische Optimierung und Bestimmung der Reaktionskinetik AP 6: Erarbeitung eines Vorschlages für das Verfahrensprinzip des Demonstrators AP 7: Wissenschaftliche Begleitung des Demonstratorbetriebes und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung AP 8: Basic- und Detail-Engineering des Demonstrators AP 9: Design Review AP 10: Aufbau und Betrieb des Demonstrators BECE BECE BECE IUTA IUTA IUTA IUTA Harmuth/ IUTA Alle Harmuth URBAN MINING Kongress & r 3 Statusseminar, Essen, 11./

9 Cureiche Flüssigphase Nasschemische Umsetzungen Cu- Abscheidung Filtration Waschen, Trocknen des Roh-Cu Zinn- Stripper Phasentrennung Filterkuchen I und II Restlsg. II Cu Snreiche Festphase Nasschemische Umsetzung Sn- Abscheidung Filtration Waschen, Trocknen des Roh-Sn Grundschema Sn-Stripper-Aufarbeitung Grüning Restlsg. I Sn URBAN MINING Kongress & r 3 Statusseminar, Essen, 11./

10 Bilder zum Laborverfahren Abb. 2: Verbrauchter Sn-Stripper Abb. 3: Cu-reiche Flüssigphase Abb. 4: Sn-reiche Festphase Abb. 5: Hydrometallurgische Metallabscheidung Abb. 6: Metalle nach Waschen und Trocknen URBAN MINING Kongress & r 3 Statusseminar, Essen, 11./

11 Wesentliche Laborergebnisse Es konnte eine rein hydrometallurgische Reaktionsfolge erarbeitet werden; anwendbar auch auf andere Stripperarten Phasentrennung führt zu Feststoff mit Gehalten von 78 Gew.-% Sn und 0,4 Gew.-% Cu in der Trockenmasse (Zum Vgl.: derzeitiger breakeven-punkt für Untertageabbau von Zinnerz liegt bei 0,9 Gew.-% Sn) Die Ausbeute an metallischem Sn liegt bei 90 % Die gewünschten Hauptprodukte Sn und Cu konnten erfolgreich getrennt und elementar zurückgewonnen werden. Für das Verfahren werden Schutzrechte angemeldet. URBAN MINING Kongress & r 3 Statusseminar, Essen, 11./

12 Transfer Labormaßstab Demobetrieb Geeigneter Aufstellungsort Entwicklung R&I Schema aus dem IUTA-Laborverfahren Funktionspläne Verfahrensoptimierung (Abfall- und Energieeffizienz, Design Review) Sicherheitskonzept, Gefahrenanalyse u. a. m. Auswahl Werkstoffe Behördliche Genehmigungen Qualitätssicherung Personalplanung - Schulung/Einweisung Mitarbeiter URBAN MINING Kongress & r 3 Statusseminar, Essen, 11./

13 Wir danken für Ihre Aufmerksamkeit URBAN MINING Kongress & r 3 Statusseminar, Essen, 11./