AddRessources: Flammgeschützte Kunststoff-Abfälle sind gehaltvolle Rohstoffquelle

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1 AddRessources: Flammgeschützte Kunststoff-Abfälle sind gehaltvolle Rohstoffquelle Die Fördermaßnahme r 4 Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Das Forschungsprojekt AddResources gewinnt die seltenen Metalle Antimon und Titan aus Altkunststoffen zurück und verwendet sie anschließend weiter. Der prognostizierte jährliche Mehrwert: Bis zu 40 Millionen Euro. Die dafür entwickelte Technologie soll nach erfolgreicher Forschung zur großtechnischen Industrieanlage ausgebaut werden. Das Projekt wird imrahmender Fördermaßnahme r 4 Innovative Technologienfür Ressourceneffizienz Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe gefördert. r 4 sichert Hightech-Ressouren und damit Zukunft. Der Schlüssel: Landfill Mining Antimon ist eines der seltensten Metalle der deutschen Wirtschaft. Auch weltweit steigt der Bedarf. Um bis zu sieben Prozent jährlich wächst in einigen Weltregionen, beispielsweise im asiatisch-pazifischen Raum, der Markt für halogenierte Flammschutzmittel, die Antimon enthalten. Weil Antimon als Brandhemmer für Kunststoffe wirkt, wird es vorwiegend in Elektronikprodukten eingesetzt. Über 70 Prozent des Antimonvorrats befinden sich in bereits verarbeiteten Produkten. Elektroaltgeräte sind damit eine bedeutende Ressource. Landfill Mining, also die Rückgewinnung wertvoller Ressourcen aus Abfällen, gewinnt damit auch für Antimon an Bedeutung. Das Projektteam von AddResources nutzt in diesem Sinne die flammgeschützten Altkunststoffe als Rohstoffquelle. So wird das Projektteam von AddResources die Technologie im Einklang mit dieser Gesetzgebung gestalten. Neue Verfahren gilt es, in bestehende und künftig geplante Verwertungsketten zu integrieren. Das Projektziel ist die Umsetzung der Prozessentwicklung unter wirtschaftlichen Bedingungen. Darauf sollen Produktionsverfahren und Produkteigenschaften ausgerichtet werden. Technologie plus Gesetz Die Zielstellung des Projekts, Antimontrioxid und das Weißpigment Titandioxid aus den Kunststoffen der Elektro altgeräte zurückzugewinnen, bedarf einer umfassenden Innovation. Zum einen ist Antimontrioxid in niedriger Konzentration vielfältig im Abfallstrom verteilt. Zum anderen dürfen nach geltendem Recht die entsprechenden Kunststoffe nur unter bestimmten Voraussetzungen verwertet werden: Alte bromierte Flammschutzmittel, die als langlebige organische Schadstoffe, sogenannte Persistente Organische Pollutants, gelten, müssen sicher separiert und zerstört werden. Ein Großteil der Kunststoffe wird derzeit kostenpflichtig entsorgt. Elektroaltgeräte als Ressource: AddRessources gewinnt daraus Antimon und Titan zurück. Industrie stellt Muster bereit Wie lassen sich aus den Elektro-Abfällen hochwertige Sekundärrohstoffe herstellen? Zunächst erfasst ein Screening den Gehalt der Kunststoffe an seltenen Metallen.

2 Das erfolgt an repräsentativen Mustern; dabei handelt es sich um konzentrierte flammgeschützte Abfälle aus der In dustrie. Exemplarisch wird an diesen das Wertstoffpotenzial für Antimon und Titan analysiert und ein Kon zept zur bundesweiten Rücknahme entsprechender Fraktionen erarbeitet. Die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung erarbeiten anschließend ein Verfahren, wie sich die Additive vom Kunststoff trennen lassen und wie Antimon und Titan separiert und gereinigt werden können. Die erzeugten Sekundärprodukte sollen technischen Ansprüchen genügen Voraussetzung für die Wiederverwendung. Das Fraunhofer IVV optimiert und betreibt eine kleintechnische Dekanterzentrifuge zur Musterproduktion dieser Sekundärprodukte. Die erstellten Produktmuster werden chemisch analysiert und vom Projektpartner Argus Plastics GmbH einer intensiven Anwendungsprüfung unterzogen und optimiert. Parallel werden die abgetrennten Kunststofflösungen exemplarisch zu Polymer-Recyclaten verarbeitet, um die Kreislaufführung der verwendeten Lösungsmittel und die Qualität der Recyclate zu belegen. Eine umfassende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung untersucht, unter welchen Umständen eine industrielle Produktion sinnvoll ist. Ist das Projekt erfolgreich, könnten so künftig etwa 3000 bis 4000 Jahrestonnen Antimon aus den in Deutschland anfallenden Kunststoffen des Elektroaltgeräte-Recyclings gewonnen und zu marktfähigen Sekundärstoffen verarbeitet werden. Dies entspricht einem Materialwert von 20 bis 40 Millionen Euro. Fördermaßnahme r 4 Innovative Technologien für Ressourceneffizienz Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Projekttitel Rückgewinnung und Wiedereinsatz von Antimontrioxid und Titandioxid aus Kunststofffraktionen der Elektroaltgeräteverwertung (Add Resources) Laufzeit Förderkennzeichen 033R145 Fördervolumen des Verbundes Euro Kontakt Dr. Martin Schlummer Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV Giggenhauser Str Freising Tel.: / Fax: / martin.schlummer@ivv.fraunhofer.de Projektpartner Argus Additive GmbH, Büren Internet Herausgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Referat Ressourcen und Nachhaltigkeit, Bonn Redaktion und Gestaltung Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich CUTEC Institut, Clausthal-Zellerfeld Bildnachweis Fraunhofer IVV

3 AFK: Neue Strategien für die Aufbereitung von Komplexerzen heimischer Lagerstätten Die Fördermaßnahme r 4 Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Mit Hilfe computersimulierter Aufbereitungsketten macht das Projekt AFK feinkörnige Erze wirtschaftlich nutzbar. Die Komplexerze mit den wertvollen Rohstoffen Wolfram, Indium, Fluor und Zinn lagern untertage in Sachsen. Bisherige Methoden sind für das Fördern und Verarbeiten dieser Ressourcen nicht ausgereift genug. Das AFK -Team aus Wissenschaftlern und Unternehmen entwickelt ein Verfahren, das bis zur Herstellung verhüttbarer Mineralkonzentrate reicht. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme r 4 Innovative Technologien für Ressourceneffizienz Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe gefördert. r 4 sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft. Gut erkundete Lagerstätten Deutschland verfügt über gut zugängliche Komplexerz- Lagerstätten, die einen wichtigen Beitrag zur heimischen und globalen Versorgung vor allem mit Zinn und Indium leisten könnten. Trotz ihrer Entdeckung vor bereits 40 Jahren und ihrer beträchtlichen Metallgehalte sind diese Lagerstätten bisher fast ungenutzt geblieben. Der Grund: die Erze sind schwer aufzubereiten, weil mehrere unterschiedliche Wertminerale im Gesteinsverbund fein verteilt vorliegen. Diese lassen sich nur unter hohem technischem Aufwand herauslösen und voneinander trennen. Ziel des Projekts "AFK" (Aufbereitung feinkörniger heimischer Komplexerzlagerstätten) sind technische Lösungen, mit denen die Wertminerale sowohl auf wirtschaftliche, energieeffiziente als auch umweltverträgliche Weise verarbeitet werden können. Dabei soll die gesamte Verfahrenskette - von der Zerkleinerung der Erze bis hin zur Herstellung eines marktfähigen Mineralkonzentrats - optimiert werden. So soll ein Gesamtkonzept entstehen, das auf Komplexerze mit unterschiedlichster Zusammensetzung angewendet werden kann. Die Komplexerz-Lagerstätten im West-Erzgebirge sind für die Erforschung neuer Aufbereitungsstrategien besonders vorteilhaft. Sie sind bereits gut erkundet und besitzen signifikante Gehalte für mehrere wirtschaftsstrategische Metalle - Zinn, Indium, Wolfram und Zink. Zudem halten die Projektpartner die Aufsuchungserlaubnis für die wichtigsten Lager- Wie sich auch feinkörnige Komplexerze aufbereiten lassen, erforscht das AFK-Projektteam. stätten: Hämmerlein, Geyer, Sadisdorf und Oelsnitz. Die wesentliche Herausforderung für die Entwicklung der Lagerstätten besteht in der Feinkörnigkeit und Komplexität der polymetallischen Erzkörper. Die beteiligten Firmen, die Tin International AG, die Saxore Bergbau GmbH und die Beak Consultants GmbH, haben durch Erkundungsbohrungen, untertägige Großprobennahmen, Analytik, die Aufarbeitung von Archivdaten und aufbereitungstechnische Vorversuche bereits vor Projektbeginn erhebliche Vorarbeiten geleistet. Das Ergebnis ihrer Voruntersuchungen: Erze dieser Art lassen sich mit konventioneller Technologie nicht wirtschaftlich aufbereiten. Die Verfügbarkeit einer

4 entsprechenden Aufbereitungstechnologie bleibt die entscheidende Herausforderung auf dem Weg zur wirtschaftlichen Nutzung der großen feinkörnigen Komplexerzlagerstätten, nicht nur des Erzgebirges. Neuer Ansatz mittels Simulation Das Projektteam verfolgt einen neuen wissenschaftlichen Ansatz: die Geometallurgie. Dafür untersuchen die Partner mit Hilfe moderner analytischer Methoden zuerst Gefüge, Mikrostruktur und chemische Eigenschaften der Komplexerze. Die aus den Untersuchungen gewonnenen Informationen dienen dazu, die einzelnen Prozessschritte und Methoden in einer umfassenden Systemanalyse zu betrachten und gemeinsam in einem Computermodell zu optimieren. Das Modell soll Vorhersagen darüber treffen, wie und mit welchem Aufwand die Minerale in Kombination mit unterschiedlichen Verfahren am effektivsten aufbereitet werden können. Dies enthält unter anderem die gezielte Vorsortierung, die kontrollierte und energieeffiziente Zerkleinerung sehr harter Materialien sowie deren Feinstsortierung. Am Ende soll es möglich sein, mehrere Mineralkonzentrate und damit mehrerer Metalle gleichzeitig zu produzieren. Getestet werden die Ergebnisse an tonnenschweren Großproben aus den Lagerstätten. Fördermaßnahme r 4 Innovative Technologien für Ressourceneffizienz Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Projekttitel Aufbereitung feinkörniger heimischer polymetallischer In/W/Sn-Komplexerzlagerstätten (AFK) Laufzeit Förderkennzeichen 033R128 Fördervolumen des Verbundes Euro Kontakt Prof. K. Gerald van den Boogaart Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie Chemnitzer Str Freiberg Tel.: Fax: boogaart@hzdr.de Projektpartner Beak Consultants GmbH, Freiberg Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Technische Universität Bergakademie Freiberg UVR-FIA Verfahrensentwicklung-Umweltschutztechnik- Recycling- GmbH, Freiberg Saxore Bergbau GmbH, Freiberg (assoziiert) Tin International AG, Sydney/Australien (assoziiert) Internet Herausgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Referat Ressourcen und Nachhaltigkeit, Bonn Redaktion und Gestaltung Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich CUTEC Institut, Clausthal-Zellerfeld Bildnachweis Max Hesse, TU Bergakademie Freiberg

5 AgREE: Aus umweltfreundlichen Kathoden ent stehen Silber und Nickel Die Fördermaßnahme r 4 Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Die wertvollen Rohstoffe Silber und Nickel gewinnt das Projekt AgRee zurück. Dafür werden gebrauchte Kathoden recycelt. Diese hat das Unternehmen Covestro selbst entwickelt, um Energie in der Chlorproduktion zu sparen. Nun sollen auch die Materialien der Kathoden nachhaltig genutzt werden. 350 Tonnen Silber und 125 Tonnen Nickel sind theoretisch pro Jahr recycelbar. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme r 4 Innovative Technologien für Ressourceneffizienz Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe gefördert. r 4 sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft. Neue Technologie nachhaltig nutzen Chlor wird weltweit bei der Herstellung von etwa 70 Prozent aller chemischen Produkte als Zwischenprodukt benötigt. Hergestellt wird es meist durch die sehr energieintensive Natriumchlorid (NaCl)-Elektrolyse. Circa 80 Millionen Tonnen Chlor werden so jährlich erzeugt. Die Covestro Deutschland AG hat hierzu gemeinsam mit Partnern die energiesparende Sauerstoffverzehrkathoden- Technologie entwickelt. Zur weiteren Etablierung der SVK- Technologie ist die Entwicklung und Implementierung eines Recyclingprozesses für Silber, das circa die Hälfte der Elektrodenkosten ausmacht, von entscheidender Bedeutung. Wichtig dabei ist, dass das recycelte Silber in einer katalytisch aktiven Form anfällt, so dass es wieder für die Herstellung neuer SVK-Elektroden verwendet werden kann. Um eine umfassende Wiederverwertung der SVKs zu erreichen, soll auch Nickel zurückgewonnen werden. Bei einem prognostizierten Marktanteil der NaCl-SVK-Elektrolyse von zehn Prozent in den nächsten fünf bis zehn Jahren, fallen rund 350 Tonnen Silber und 125 Tonnen Nickel pro Jahr aus zu recycelnden SVKs an. Diese Silbermenge entspricht 28 Prozent des deutschen Jahresbedarfs von circa Tonnen. Teflon behindert Recycling Zurzeit gibt es dafür keinen Recycling-Prozess im technischen Maßstab. Die zentrale Herausforderung beim Recycling der SVK-Elektroden ist die vollständige Abtrennung Zentrifugalextraktoren zur Herstellung von Nickelsalzen bei der hydro metallurgischen Trennung von Silber und Nickel. des Polytetrafluoroethylens. Hierfür werden sowohl pyrolytische als auch pyrometallurgische Verfahren untersucht und Waschprozesse für feinste Teflon-Partikel erarbeitet. Die zweite Herausforderung liegt in der möglichst vollständigen Trennung der Metallbestandteile Silber und Nickel. Das recycelte Silber soll für die Herstellung hochaktiver Katalysatoren für SVKs im technischen Maßstab verwendet werden können. Zwei Verfahren werden dazu parallel untersucht: die Elektroraffination und die hydrometallurgische Trennung. Bei der Elektroraffination soll in einer einzelnen Stufe ein Pulver aus Ag beziehungsweise Ag/Ag 2 O gewonnen werden, das direkt wieder zur Herstellung von SVKs eingesetzt werden kann. Neu bei der hydrometallurgischen Trennung ist die Erarbeitung eines NO x (Stickoxid) freien Verfahrens für den Löseprozess von inhomogenen Silber/Nickellegierungen.

6 Silberreserven sind begrenzt Die weltweit vorhandenen Reserven an Silber belaufen sich auf rund Tonnen. Im Jahr 2012 wurden rund Tonnen Silber eingesetzt, wovon circa 24 Prozent aus Sekundärmaterial stammten. Die Silberreserven reichen also nach derzeitigem Stand für 23 Jahre bei einem weiteren starken Anstieg des Bedarfs, insbesondere Fördermaßnahme r 4 Innovative Technologien für Ressourceneffizienz Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Projekttitel Ag Recycling von Elektrolyseelektroden (AgREE) Laufzeit Förderkennzeichen 033R144 Fördervolumen des Verbundes Euro Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines Silber-Pulvers aus der Elektroraffination. für Industrieapplikationen wie die Solarzellenherstellung, entsprechend kürzer. Für die für 2015 projektierte Solarzellenherstellung werden mehr als Tonnen Silber benötigt, also etwa zehn Prozent des Gesamtbedarfs. Auch beim Nickel kann es Versorgungsengpässe geben. Nickelsalze finden hauptsächlich Verwendung bei der Herstellung von Katalysatoren, der Batterieherstellung und in der Galvanotechnik. In 2009 musste Deutschland rund Tonnen Nickel importieren. Aufgrund seines hohen Preises lag Nickel auf Platz neun der deutschen Rohstoffeinfuhren, hinter Erdöl, Erdgas, Kohle, Kupfer, Eisen und Stahl, Aluminium, Gold und Platin. Neben dem Import wird ein Teil des Bedarfs durch das Recycling von Edelstahlschrott gedeckt. Durch den hohen Exportanteil von Edelstahl, geht aber ein Großteil dem Recyclingkreislauf in Deutschland verloren. Bei erfolgreicher Entwicklung des technischen Recycling- Prozesses im Rahmen des r 4 -Projekts AgREE werden zum einen katalytisch aktives Silber für neue SVK-Elektroden und zum anderen hochreine Nickelsalze für die Herstellung von Hydrierkatalysatoren produziert und vermarktet. Kontakt Andreas Bulan Covestro Leverkusen Tel.: Fax: E Mail: andreas.bulan@covestro.com Projektpartner Siegfried Jacob Metallwerke GmbH & Co KG (SJM), Ennepetal Rheinisch Westfälische Hochschule Aachen, Lehrstuhl für Technische Thermodynamik (LTT), Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling (IME) Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für NE Metallurgie und Reinststoffe (INEMET) Internet innovation.de Herausgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Referat Ressourcen und Nachhaltigkeit, Bonn Redaktion und Gestaltung Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich; CUTEC Institut, Clausthal Zellerfeld Bildnachweis SJM, Bild Seite 1 INEMET, Bild Seite 2

7 ARGOS: Mit Multisensorik analysieren Forscher Recycling-Metalle in Echtzeit Die Fördermaßnahme r 4 Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Durch nicht funktionelles Recycling gehen wertvolle Edelmetalle der Platingruppe, Gold und Silber sowie Legierungselemente wie Nickel, Chrom, Wolfram und Niob dem Wirtschaftskreislauf verloren. Ebenso Seltene Erden. Benannt nach dem Allesseher Argos der griechischen Mythologie, entwickeln Forscher ein neues Multisensor-System, das Zielmetalle in Stoffströmen in Echtzeit erkennt und charakterisiert. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme r 4 Innovative Technologien für Ressourceneffizienz Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe gefördert. r 4 sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft. Hohe Metallverluste Die üblicherweise praktizierte Aufbereitungsinfrastruktur für metallreiche Abfallströme ist an den Aufschluss und die Trennung der Hauptkomponenten angepasst. Getrennt wird in Kunststoffe, Stahl, Aluminium, Kupferkonzentrate, Buntmetalle sowie edelmetallreiche Fraktionen, wie Leiterplatten. Bezogen auf wirtschaftsstrategische Metalle in Aschen der Müllverbrennung, Elektro- und Elektronikaltgeräten, Altfahrzeugen und Permanent-Magneten sind jedoch deutliche Verluste von bis zu 90 Prozent zu verzeichnen. Durch den steigenden Einsatz von Legierungsmetallen sowie immer komplexere Materialverbünde, verändert sich die Qualität und Zusammensetzung dieser metallreichen Stoffströme laufend. Mit der derzeit verfügbaren Technik, etwa der visuellen Sortierung, können Metalle in Aufbereitungsanlagen nur in geringem Umfang legierungsspezifisch zurückgewonnen werden. Aus metallurgischer Sicht ist jedoch gerade die sortengerechte Spezifikation von Schrotten, ausgerichtet auf den nachfolgenden metallurgischen Prozess, ein wichtiges Instrument der Prozesssteuerung. Geringfügige Fehlsortierungen führen zwangsläufig zu erheblichen Verlusten im Prozess. Wirtschaftsstrategische Rohstoffe landen in der Schlacke, im Flugstaub oder verdünnt im Hauptmetallstrom. Der bessere Prozess Das Analyse-System ARGOS soll in Echtzeit Zielmetalle in Reststoffen erkennen. Dazu wird ein Multisensor konzipiert, der verschiedene Sensoren zusammenfasst. Kernelement ist ein neu zu entwickelnder Röntgenfluoreszenzsensor. Zur Echtzeit-Messung sind die Analysegeräte direkt mit dem Produktionsprozess verbunden. Messdaten werden im Sekunden- bis Minutenbereich erhoben. Wie lassen sich Metallabfälle optimaler recyceln? Daran forscht ARGOS. Das System ARGOS beruht auf einer Verknüpfung sensor-basierter Partikelcharakterisierung, mathematischer Ableitungen und empirisch bekannter Stoffstromeigenschaften. Der Messumfang orientiert sich an den nachgelagerten Prozessen der Eisen- beziehungsweise Nichteisen-Metallurgie. Durch eine bessere Vorsortierung der Stoffströme und schnelle Erkennung von Qualitätsveränderungen können Metallverluste entlang der Wertschöpfungskette deutlich minimiert werden. Breite Anwendung Schwerpunktmäßig ist das Projekt ARGOS auf Legierungselemente wie Nickel, Chrom, Wolfram, Niob, Kobalt und Tantal; auf Edelmetalle wie Gold, Silber und Platingruppenmetalle sowie in Magneten verwendete

8 Seltene Erden wie Neodym, Praseodym und Dysprosium ausgerichtet. Langfristig können die entwickelten Detektions- und Steuerungsprinzipien auch auf Anwendungsfelder der Primärrohstoffgewinnung übertragen werden, um Ressourcen nachhaltiger zu nutzen. Das Projektkonsortium bilden LLA Instruments, Siegfried Jacob Metallwerke, Steinert Elektromagnetbau, TSR Recycling, das Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling an der RWTH Aachen sowie das Fachgebiet Kreislaufwirtschaft und Recyclingtechnologie der Technischen Universität Berlin. Prof. Dr.-Ing. Sabine Flamme vom Institut für Wasser Ressourcen Umwelt an der FH Münster ko-. ordiniert den Verbund. Als assoziierte Partner sind die Yale University und Steinert US an dem dreijährigen Projekt beteiligt. Fördermaßnahme r 4 - Innovative Technologien für Ressourceneffizienz - Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Projekttitel Steigerung des funktionellen Recyclings entlang der Wertschöpfungskette durch Echtzeitanalyse metallreicher Aufbereitungsprodukte (ARGOS) Laufzeit Förderkennzeichen 033R166 Fördervolumen des Verbundes Euro Kontakt Prof. Dr.-Ing. Sabine Flamme IWARU Institut für Wasser Ressourcen Umwelt an der FH Münster Corrensstraße Münster Tel.: flamme@fh-muenster.de Projektpartner LLA Instruments GmbH Siegfried Jacob Metallwerke GmbH & Co. KG Steinert Elektromagnetbau GmbH TSR Recycling GmbH & Co. KG Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling an der RWTH Aachen (IME) Fachgebiet Kreislaufwirtschaft und Recyclingtechnologie der Technischen Universität Berlin Internet Herausgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Referat Ressourcen und Nachhaltigkeit, Bonn Redaktion und Gestaltung Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH; CUTEC Institut, Clausthal-Zellerfeld Bildnachweis TSR Recycling GmbH & Co. KG

9 BakSolEx: Extraktion von Gallium, Kobalt & Co. mit neuen biobasierten Metallophoren Die Fördermaßnahme r 4 Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Ziel von BakSolEx ist es, neue biobasierte Metallophore zur selektiven Extraktion strategischer Metalle aus Prozesslösungen zu finden. Metallophore sind Komplexbildner, die Metalle an sich binden. Bodenbakterien und einfache Pilze sind Kandidaten für die Produktion solcher Metallophore. Zugleich baut das Projektteam theoretisch erforschte Komplexbildner chemisch nach. Zielmetalle sind Gallium, Kobalt, Molybdän, Silber und Vanadium. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme r 4 Innovative Technologien für Ressourceneffizienz Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe gefördert. r 4 sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft. Nachwuchsforscher verschiedener Disziplinen Die interdisziplinäre Nachwuchsforschergruppe BakSolEx (Bakterielle Metallophore für die Solventextraktion) hat sich zum Ziel gesetzt, neue biobasierte Metallophore zu identifizieren und für die Extraktion strategischer Metalle aus Lösungen nutzbar zu machen. Bakterien und andere Mikroorganismen müssen verschiedenste Metalle aufnehmen, damit ihr Stoffwechsel, angetrieben durch biochemische Prozesse, ablaufen kann. Dieses geschieht durch Metallophore, biologische Komplexbilder, welche Metalle binden und in beziehungsweise an Mikroorganismen transportieren können. Durchmustern von Bakterien auf Metallophorbildung hier auf Festmedien mit blauem Eisenkomplex. Im Fall einer Metallophorproduktion wird dem blauen Komplex das Eisen entzogen und dieser damit entfärbt. Der Begriff Metallophor geht auf Siderophore zurück. Siderophore (griechisch: sidero = eisern; phore = tragen) sind niedermolekulare Sekundärmetabolite mit der Fähigkeit Metalle zu binden, speziell Eisen. Seit ihrer Entdeckung und den ersten Beschreibungen in den 1950er Jahren werden stetig neue Vertreter mit besonderen Eigenschaften beschrieben. Diese werden beispielsweise von Bakterien bei Eisenmangel gebildet und in die Umgebung ausgeschleust. Der biologische Komplexbildner kann samt dem Eisen von den Mikroorganismen aufgenommen und effizient in die Zelle transportiert werden. Mittlerweile wurde allerdings gezeigt, dass Siderophore nicht ausschließlich Eisen favorisieren. Daher sollte eher der Begriff Metallophor verwendet werden. Beispielsweise wird Gallium aufgrund der Ähnlichkeit zu Eisen hinsichtlich Größe und Ladung gut von Siderophoren komplexiert, eine grundlegende Beobachtung für das Projekt. Es gilt, dies für weitere Metalle zu evaluieren und die Bildungsbedingungen sowie Eigenschaften neuer Metallophore zu beschreiben grundlegend für neue elementspezifische Verfahren auf Basis von Metallophoren zur Trennung, Konzentration und Reinigung strategischer Rohstoffe. Bakterielle Fähigkeiten nutzen In erster Instanz werden hierzu Bakterien und Pilze auf die Fähigkeit zur Bildung von Sekundärmetaboliten untersucht. Diese sollen Metalle aus stabilen Komplexen herauslösen können. Hierzu werden farbige Metallkomplexe in festen und flüssigen Medien eingesetzt. Mikroorganismen

10 mit hohem Potenzial werden analysiert und ihre Metallophore im Vergleich zu chemischen und biologischen Komplexbildnern bewertet. Ausgewählte Kandidaten sollen im großen Maßstab produziert und gereinigt werden. Für die Reinigung gilt es, noch entsprechende Prozesse zu testen und zu skalieren. Hier sollen vor allem chromatographische Prozesse eine Rolle spielen. Analog werden auch mit chemischen Methoden weitere Metallophore oder Einheiten davon synthetisiert und die Produktion optimiert. Schließlich wird das jeweils beste biologische und chemische System ausgewählt und für Machbarkeitsstudien herangezogen. Die Extraktionspotenziale beider Metallophore werden an polymetallischen Lösungen untersucht. Eisenfracht minimieren Eisen ist das störende Element. Es behindert meist die Bildung biologischer Metallophore und belegt zudem Bindestellen für strategische Zielmetalle. Auch führt es oft bei hydrometallurgischen Verfahren zu unerwünschten Effekten und kann so Prozesse oder Testsysteme negativ beeinflussen. Bei biohydrometallurgischen Prozessen wie dem Bioleaching ist mit einer hohen Eisenfracht in den Prozesswässern zu rechnen. Unerwünschte Komplexbildung oder Oxidationsreaktionen (etwa bei Vanadium) während der Solventextraktion sind die Folge. Deshalb ist es für Unternehmen mit solchen Verfahren nötig, die Eisenfracht der Prozesswässer zu minimieren. Alternativ können chemische beziehungsweise biologische Metallophore auch herangezogen werden, um störende Elemente selektiv zu entfernen und so eine Anreicherung der Zielelemente sicherzustellen. Fördermaßnahme r 4 Innovative Technologien für Ressourceneffizienz Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Projekttitel Bakterielle Metallophore für die Solventextraktion (BakSolEx) Laufzeit Förderkennzeichen 033R147 Fördervolumen des Verbundes Euro Kontakt Dr. Dirk Tischler Technische Universität Bergakademie Freiberg Institut für Biowissenschaften Leipziger Str Freiberg Tel.: Fax: dirk-tischler@ .de Projektpartner Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Organische Chemie Internet Herausgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Referat Ressourcen und Nachhaltigkeit, Bonn Redaktion und Gestaltung Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich CUTEC Institut, Clausthal-Zellerfeld Bildnachweis TU Bergakademie Freiberg, Marika Mehnert, Ringo Schwabe

11 BiRec: Forscher recyceln hochwertiges Bismut aus der Bleiraffination im ökologischen Prozess Die Fördermaßnahme r 4 Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Im Projekt BiRec erforschen die Partner, wie sich Verfahren zur Erzeugung qualitativ hochwertigen Bismuts kombinieren lassen. Den wertvollen Rohstoff wollen sie aus Schäumen der Bleiraffination gewinnen. Ihr Ziel ist ein ökologischer Prozess, der ohne kritische Zwischenprodukte auskommt. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme r 4 Innovative Technologien für Ressourceneffizienz Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe gefördert. r 4 sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft. Wie aus Blei Bismut gewonnen wird Die Entbismutung wird in den Bleiraffinationen der Primär- und Sekundärhütten bereits durch die Zugabe von Calcium und Magnesium realisiert. Im sogenannten Kroll-Betterton-Verfahren wird auf diese Weise ein Schaum erzeugt, der zu Blei mit einem Bismutanteil von 5 bis 12 Prozent weiterverarbeitet wird. Innovative Aufbereitung Im Verbundprojekt BiRec sollen diese bismuthaltigen Schäume durch eine innovative Aufbereitungsroute zu verkaufsfähigem Bismut aufbereitet werden. Das geplante Verfahren sieht die Trennung in Blei und Bismut vor. Drei Schritte sind zu realisieren: Durch Einwirkung der Fliehkräfte einer Schmelzzentrifuge werden die kristallisierten Bismut Partikel aus der Bleischmelze separiert. Dem physikalischen Trennprozess folgt chemisch eine ultraselektive Oxidation der Begleitelemente Blei, Magnesium und Calcium. Das so entstandene Rohbismut, mit einer Reinheit von mehr als 75 Prozent, wird im letzten Schritt durch fraktionierte Kristallisation zu Bismut raffiniert. Der Gehalt liegt bei mehr als 99 Prozent. Die Kooperationspartner Am Projekt beteiligt sind die RWTH Aachen University sowie drei Vertreter aus der Wirtschaft. Von Beginn an bringen alle Partner ihre Erfahrung, Kompetenz und ihr Wissen in die Forschungsarbeiten ein. Hierbei übernehmen Aurubis und Berzelius im Wesentlichen die Analyse aller entstehenden Zwischen- und Endprodukte. Zuvor werden die aktuell anfallenden bismuthaltigen Schäume genau charakterisiert. Diese Arbeit geschieht in intensivem Austausch mit GTT, um eine gute Basis für die thermochemische Modellierung der angestrebten Prozesse zu bilden. Dabei wird GTT im Rahmen der Datenbankerstellung zusätzlich durch das IME der RWTH Aachen bei der Beschaffung der relevanten thermochemischen Daten aus der Literatur unterstützt. Dem IME, als renommiertem universitären Forschungsinstitut, obliegt die Erarbeitung der pyrometallurgischen Verfahrensabläufe Schmelzzentrifugieren, selektive Oxidation und fraktionierte Kristallisation unter Einbeziehung der Erkenntnisse aus der Modellierung bei GTT. Aus Blei gewinnen die BiRec -Partner wertvolles Bismut. Verschiedene Schritte sind in der Raffination notwendig.

12 Zusätzlich fließt zu jedem Zeitpunkt der Prozessentwicklung das Know-how der beiden anwendungsorientierten Industriepartner Aurubis und Berzelius mit in die Ausarbeitung ein. Die abschließende Betrachtung hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit, der Übertragbarkeit und des Effizienzpotenzials in den Bereichen Ressourcen, Umwelt und Energie wird in Zusammenarbeit aller Projektpartner erfolgen. Fördermaßnahme r 4 - Innovative Technologien für Ressourceneffizienz - Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Projekttitel Entwicklung einer nachhaltigen Prozessroute zur innereuropäischen Aufbereitung von Bismutschäumen durch Kombination innovativer Raffinationsverfahren (BiRec) Laufzeit Förderkennzeichen 0333R168A Fördervolumen des Verbundes Euro Kontakt Dipl.-Ing. Knut Esser Berzelius Stolberg GmbH Binsfeldhammer Stolberg (Rheinland) Tel.: Kesser.bbh@berzelius.de Projektpartner Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling GTT Technologies GmbH Aurubis AG Berzelius Stolberg GmbH Internet Herausgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Referat Ressourcen und Nachhaltigkeit, Bonn Redaktion und Gestaltung Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH; CUTEC Institut, Clausthal-Zellerfeld Bildnachweis Berzelius Stolberg GmbH

13 DESMEX: Wie sich per Hubschrauber unterirdische Rohstoffe aufspüren lassen Die Fördermaßnahme r 4 Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Wo und in welcher Tiefe erstrecken sich heimische Erzlagerstätten? Das Projektteam von DESMEX entwickelt ein geophysikalisches Messsystem, mit dem sich vom Hubschrauber aus Rohstoffvorkommen erkunden lassen in Tiefen bis zu einem Kilometer. Mit der Methode sollen abbauwürdige Erzvorkommen der zentraleuropäischen Gebirge effektiv erfasst werden. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme r 4 Innovative Technologien für Ressourceneffizienz Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe gefördert. r 4 sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft. Der Schlüssel liegt in der Induktion Für die fliegende Suche nach wertvollen Rohstoffen macht sich das Projektteam von DESMEX (Deep Electromagnetic Sounding for Mineral Exploration) die Vorteile von Induktionseffekten der Elektromagnetik zunutze. Diese Effekte bilden die elektrische Leitfähigkeitsverteilung unter der Erdoberfläche dreidimensional ab. Damit liefern sie Hinweise auf erzführende Zonen sowie deren geologische und tektonische Strukturmerkmale. Die Koppelung mit dem Helikopterflug erlaubt es, große Flächen mit Hilfe dieser Sensoren zu erkunden. Probebohrungen werden überflüssig, das Erkunden von Rohstoff-Vorkommen wird effizient. Diese Technologie soll zu einer international wettbewerbsfähigen Technologie entwickelt werden. Was einfach klingt, entpuppt sich als Forschungs- und Tüftelarbeit bis ins Detail. Denn die größte technische Herausforderung liegt darin, auch die kleinsten Variationen der Magnetfelder im Flug zu messen. Ein Schwerpunkt der technischen Forschungsarbeiten besteht deshalb darin, geeignete höchstsensible Magnetfeldsensoren zu entwickeln. Dazu werden unterschiedliche Instrumente getestet, etwa Induktionsspulen, Fluxgate- Magnetometer, supraleitende Quanten-Interferenz- Detektoren (SQUIDs) und optisch gepumpte Magnetometer (OPM). Jede dieser Sensorklassen weist spezifische Vorzüge und Nachteile für die luftgestützte Elektromagnetik auf. Im Verlauf des dreijährigen Projekts erfolgt die Auswahl und Weiterentwicklung der besten Sensortechnologie. Stationär und mobil In bis zu einem Kilometer Tiefe wollen die acht DESMEX -Projektpartner aus Wissenschaft und Wirtschaft mit ihrer innovativen Technologie vordringen. Das neue geophysikalische Verfahren verbindet dabei die luftgestützten Messungen mit zusätzlichen Messungen vom Boden aus und verwendet dafür neueste Sensor-technologien. Die erforderliche elektrische Signalquelle ist in diesem Verfahren am Boden installiert und wird überflogen. Dies hat gegenüber herkömmlichen Erkundungsflügen den Vorteil, dass stärkere Sender eingesetzt werden können die Genauigkeit und Verlässlichkeit der Messungen erhöht sich. Zusätzliche Messstationen am Boden sorgen für stärkere Tiefenauflösung. Das Zusammenspiel mit höchstempfindlichen Magnetfeldsensoren an der Schleppsonde des Hubschraubers komplettiert die Innovation. Hochsensible Messtechnik hängt am Hubschrauber, der für "DESMEX" Rohstoffe aus der Luft erkundet. Das DESMEX -Team entwickelt für seine Technologien auch die Programme, die die im Flug erkundeten Messdaten aufbereiten und bildhaft darstellen. Zudem braucht es umfangreiche Laborarbeiten, in denen die

14 neu erfassten Daten mit den Daten bereits vorhandener Gesteinsproben abgeglichen werden. Testfeld Ostthüringen Für seine Forschungsflüge hat sich das DESMEX -Team das Ost-Thüringer Schiefergebirge auserkoren. In der Gegend von Schleiz und Greiz lagert Antimonit die Basis vieler Legierungen und Flammschutzmittel. Die weltweiten Vorräte dieses seltenen Metalls sind stark begrenzt Schätzungen zufolge reichen sie noch etwa 16 Jahre. Gelingt die präzise Erkundung der Tiefenerstreckung und horizontalen Ausdehnung der Antimonit-Vorräte, ist damit die Voraussetzung für die Bergung und weitere Versorgungssicherheit geschaffen. In das Projekt bringen die acht Verbundpartner aus Wissenschaft und Wirtschaft ganz unterschiedliche Expertisen ein: Sie verbinden Kompetenz in der Sensorentwicklung und geophysikalischer Methodenkenntnis mit dem fundierten Wissen über die Geologie und Metallogenie mineralischer Lagerstätten in Deutschland. Fördermaßnahme r 4 - Innovative Technologien für Ressourceneffizienz - Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Projekttitel Elektromagnetische Tiefensondierung für die Lagerstättenerkundung (DESMEX) Laufzeit Förderkennzeichen 033R130 Fördervolumen des Verbundes Euro Kontakt Prof. Dr. Michael Becken Westfälische Wilhelms-Universität Münster Institut für Geophysik Corrensstraße Münster Tel.: michael.becken@uni-muenster.de Projektpartner Supracon AG, Jena Metronix GmbH, Braunschweig Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover Leibniz-Institut für Photonische Technologien, Jena Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik, Hannover Universität zu Köln, Institut für Geophysik und Meteorologie, Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Mineralogie Internet Herausgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Referat Ressourcen und Nachhaltigkeit, Bonn Redaktion und Gestaltung Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH; CUTEC Institut, Clausthal-Zellerfeld Bildnachweis BGR

15 DIBRAS: Recycling von Stahlveredlern aus Reststoffen in internationaler Teamarbeit Die Fördermaßnahme r 4 Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Wertvolle wirtschaftsstrategische Metalle wie Chrom, Molybdän, Vanadium, Niob und Zinn, die in Schlacken und Filterstäuben als Metalloxide gebunden sind, will das Projekt DIBRAS in den Wertstoffkreislauf direkt zurückführen. Spezialisten aus Deutschland und Brasilien entwickeln dafür gemeinsam ein innovatives Verfahren. Derzeit werden die Reststoffe unter anderem im Straßenbau eingesetzt enthaltene Metalle gehen verloren. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme r 4 Innovative Technologien für Ressourceneffizienz Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe gefördert. r 4 sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft. Recycling als Briketts In der Stahl-, Nicht-Eisen-, Metall- und Gießereiindustrie können beispielsweise Schlacken aus der Edelstahlherstellung und Filterstäube bisher kaum wiederverwendet werden, obwohl sie noch viele wertvolle Elemente enthalten. Nebenprodukte aus metallurgischen Prozessen werden in der Zementindustrie oder im Straßenbau eingesetzt. Wirtschaftsstrategische Metalle wie Chrom, Kobalt, Molybdän, Nickel, Niob, Vanadium, Wolfram und Zinn gehen so dem Wertstoffkreislauf verloren. Genau an dieser Stelle setzt das Projekt DIBRAS mit dem vollständigen Titel Direkter Einsatz von selbstreduzierenden Briketts in den Aggregaten der Stahl- und Gießereiindustrie zur Verbesserung der Ressourcenbilanz an. Dahinter verbirgt sich das Ziel, die in den Reststoffen enthaltenen werthaltigen Metalle nicht durch teure und energieintensive Aufbereitungsprozesse als hochreine Metalle zurückzugewinnen, sondern sie in Form aufkonzentrierter Briketts wieder direkt in den ursprünglichen Prozess zurückführen zu können. Branchenübergreifendes Recycling Um solche Briketts aus sehr feinem Material pressen zu können, wird ein Binder benötigt, der beispielsweise aus Abfällen der Papierindustrie gewonnen werden kann. Der Binder wirkt aufgrund seines Kohlenstoffgehalts gleichzeitig als Reduktionsmittel. Die Metalloxide geben durch chemische Reaktionen unter entsprechenden Bedingungen wie ihren Sauerstoff an den Kohlenstoff ab. Reststoffe verschiedener Branchen werden so intelligent für das Recycling von wirtschaftsstrategischen Metallen aus Schlacken und Filterstäuben genutzt. Recycling auf hohem Temperatur-Niveau: DIBRAS gewinnt wertvolle Metalle aus Reststoffen zurück. Die Partner Wissenschaft und Industrie sind am Projekt beteiligt. Die Universität Duisburg-Essen ist mit dem Lehrstuhl für Metallurgie der Eisen- und Stahlerzeugung (MUS) vertreten. Der Lehrstuhl verfügt über eine umfangreiche Ausstattung und vielfältige Erfahrungen auf dem Gebiet des Recyclings von Reststoffen aus Hochtemperaturprozessen.

16 Der zweite wissenschaftliche Partner ist das Clausthaler Umwelttechnik-Institut (CUTEC). Dieses forscht seit Jahrzehnten im Bereich der Umwelttechnik und verfügt über umfangreiche Erfahrungen bei der Bewertung innovativer Entwicklungen, insbesondere hinsichtlich möglicher Ressourcen- und Energieeinsparpotenziale solcher Technologien. Die RHM Rohstoff-Handelsgesellschaft gehört mit einem Handelsvolumen von mehr als zwei Millionen Tonnen Stahlschrott zu den führenden Schrotthandelsunternehmen Deutschlands. Neben dem Metallrecycling ist die RHM auch sehr stark im Bereich der Ressourcennutzung und Wiederverwertung metalloxidischer Rohstoffe aktiv. Zwei Stahlwerke sind ebenfalls beteiligt, die Friedrich Lohmann GmbH und die Dörrenberg Edelstahl GmbH. Beide Unternehmen sind Spezialisten auf dem Gebiet hochlegierter Spezialstähle für unterschiedlichste Anwendungen und lassen ihre umfangreichen Erfahrungen in das Projekt einfließen. Auf brasilianischer Seite bringen sich diverse Universitäten und Unternehmen ein. Fördermaßnahme r 4 - Innovative Technologien für Ressourceneffizienz - Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Projekttitel Direkter Einsatz von selbstreduzierenden Briketts in den Aggregaten der Stahl- und Gießereiindustrie zur Verbesserung der Ressourcenbilanz (DIBRAS) Laufzeit Förderkennzeichen 033R167 Fördervolumen des Verbundes Euro Kontakt Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Deike Universität Duisburg-Essen Institut für Technologien der Metalle Friedrich-Ebert-Str Duisburg Tel.: ruediger.deike@uni-due.de Projektpartner Institut für Technologien der Metalle, Universität Duisburg-Essen (UDE), Antragsteller, Friedrich-Ebert-Straße 12, Duisburg, Clausthaler Umwelttechnik-Institut GmbH (CUTEC), Clausthal-Zellerfeld RHM Rohstoff-Handelsgesellschaft mbh (RHM), Mülheim an der Ruhr Friedrich Lohmann GmbH (FLG), Witten Dörrenberg Edelstahl GmbH (DE), Engelskirchen-Ründerroth Internet Herausgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Referat Ressourcen und Nachhaltigkeit, Bonn Redaktion und Gestaltung Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH; CUTEC Institut, Clausthal-Zellerfeld Bildnachweis Andreas Kahrl, Universität Duisburg-Essen

17 EcoGaIN: Effizientes Gallium-Recycling mit vollständiger Verwertung aller Komponenten Die Fördermaßnahme r 4 Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Ziel des Projektes EcoGaIN ist es, Gallium möglichst vollständig aus Hightech-Abfall zu gewinnen und dem Produktionskreislauf zurückzuführen. Ein Großteil des wertvollen Rohstoffs befindet sich in Produkten, die nach ihrer Nutzung noch als Abfall entsorgt werden. Zusätzlich gehen derzeit durch nicht nutzbare Gallium-haltige Fertigungsrückstände erhebliche Mengen des knappen Rohstoffs verloren. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme r 4 Innovative Technologien für Ressourceneffizienz Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe gefördert. r 4 sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft. Tausendsassa Gallium Die hohe Energieausbeute von Galliumarsenid in Halbleitermaterialen symbolisierte den digitalen Aufbruch ins 21. Jahrhundert. Heute gilt Gallium als ein Tausendsassa es findet seinen Einsatz in LEDs oder Hochleistungs-, Hochtemperatur- und Hochfrequenzfeld-Effekttransistoren. Es ist ein gefragtes Legierungsmetall, Ersatz für Quecksilber- Thermometer, automatische Feuerlöschvorrichtungen und vieles mehr. Doch die Verfügbarkeit von Gallium ist eingeschränkt. Gallium kommt nicht in eigenen Lagerstätten vor und oftmals sind die Galliumgehalte in Wirtsmineralen so gering, dass sich eine alleinige Gewinnung wirtschaftlich nicht darstellen lässt. Schon aus diesem Grund ist eine hohe Recyclingquote in der Fertigung sowie für Produkte mit bereits verbauten Gallium-Verbindungen sinnvoll. Die Halbleiterindustrie zählt zu den Innovationsträgern Deutschlands. Recycling ist ein wichtiges Thema, um die Effizienz der Produktion weiter zu steigern. Die Zero Waste Technology Die innovative Idee von EcoGaIN besteht darin, das Gallium aus unterschiedlichen Industrieabfällen, wie Prozesswässern und Prozessschlämmen, abzutrennen und zu gewinnen. Für derartige Sekundärrohstoffe existieren bis heute noch keine technisch anwendbaren Aufarbeitungsverfahren. Zudem sollen Trennmethoden, wie die Dialyse, oder Anreicherungstechniken, wie die selektive Sorption von Gallium mit Hilfe von Mikroorganismen, auf neue Einsatzmöglichkeiten geprüft werden. Als I-Punkt des Projektes steht das Ziel Zero Waste Technology, alle Haupt- und Nebenkomponenten, wie Siliziumdioxid oder Arsen, einer Verwertung zuzuführen. Mit dem Forschungsansatz des Projektes soll die gesamte Prozesskette vom Produktionsabfall bis zu wiederverwendbaren hochreinen Wertstoffen unter ökonomischen und ökologischen Aspekten abgebildet werden. Beim Polieren anfallende Poliersuspension enthält Gallium in geringer Konzentration. Dieses will EcoGaIN mit neuen Recyclingverfahren wiedergewinnen. Das Projektteam von "EcoGaIN".

18 Kurze Wege im Technologietransfer Das Forschungsteam besteht aus Wissenschaftlern und Unternehmern. Dazu gehören Wissenschaftler mit fundierten Erfahrungen im Rohstoffbereich, wie das Helmholtz Institut Freiberg für Ressourcentechnologie oder die TU Bergakademie Freiberg. Zum anderen können Wirtschaftsunternehmen, wie die Freiberger Compound Materials, PPM Pure Metals oder Loser Chemie unmittelbar die Praktikabilität der Forschung prüfen. Komplettiert wird die Gruppe durch innovative kleinund mittelständische Unternehmen, wie G.E.O.S. Freiberg an der Spitze des Forschungsprojektes, dem Geokompetenzzentrum Freiberg e.v., welches international stark vernetzt ist, und dem Consulter Erz & Stein - Gesellschaft für Lagerstätten- und Rohstoffberatung. Fördermaßnahme r 4 - Innovative Technologien für Ressourceneffizienz - Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Projekttitel Gewinnung von Gallium aus Produktionsabfällen der Halbleiter-Industrie (EcoGaIN) Laufzeit Förderkennzeichen 033R169A Fördervolumen des Verbundes Euro Kontakt Dr. Eberhard Janneck G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbh Schwarze Kiefern Halsbrücke Tel.: e.janneck@geosfreiberg.de Projektpartner Freiberger Compound Materials GmbH Helmholtz Institut Freiberg für Ressourcentechnologie TU Bergakademie Freiberg, Institut für NE-Metallurgie und Reinststoffe Erz & Stein - Gesellschaft für Lagerstätten- und Rohstoffberatung br PPM Pure Metals GmbH Loser Chemie GmbH Geokompetenzzentrum Freiberg e.v. Internet Herausgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Referat Ressourcen und Nachhaltigkeit, Bonn Redaktion und Gestaltung Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH; CUTEC Institut, Clausthal-Zellerfeld Bildnachweis Freiberger Compound Materials GmbH

19 ELEXSA: Trennung unter Hochspannung Rohstoffe aus Aschen und Schlacken Die Fördermaßnahme r 4 Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Das Verbundvorhaben ELEXSA verfolgt eine innovative Aufbereitungsroute, um wirtschaftsstrategische Metalle, beispielsweise Seltene Erden, selektiv aus Materialströmen zu gewinnen. Hochspannungsimpulse trennen einleitend die Spreu vom Weizen. Branchenübergreifend werden Reste aus der Müllverbrennung, Metallerzeugung und Zementproduktion recycelt. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme r 4 Innovative Technologien für Ressourceneffizienz Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe gefördert. r 4 sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft. Den Metallen auf der Spur Allein in Deutschland fallen jährlich über sechs Millionen Tonnen Aschen aus der Müllverbrennung an. Hinzu kommen Schlacken und Stäube aus der Metallerzeugung und der Zementproduktion. Allen gemein ist ein hohes Wertstoffpotenzial an mineralischen und metallischen Komponenten. Insbesondere im Feinanteil der genannten Stoffe können Metalle wie Antimon, Zinn, Molybdän, Wolfram, Kobalt und Seltene Erden, beispielsweise Lanthan, Niob, Cer und Yttrium vorliegen, die von der EU als critical raw materials eingestuft sind. bestehenden Ausgangsstoffe mittels Hochspannungsimpulsen zuverlässig in ihre Einzelbestandteile zerteilt. Anschließend wird das anfallende Feinmaterial separiert und der hydrothermalen Behandlung zugeführt, um schwerlösliche Metalle aufzuschließen. Exakt eingestellte Prozessparameter wie Druck, ph-wert und Temperatur sind die Voraussetzung für einen hohen Wirkungsgrad, der zusätzlich durch die vorgeschaltete elektrodynamische Fragmentierung gesteigert wird. Im letzten Schritt werden die gelösten Metalle mit verschiedenen Elektrolyttextilien und maßgeschneiderten Polymeren selektiv zurück gewonnen und stehen neuen High-Tech- Anwendungen zur Verfügung. Schlacke wird zur Rohstoffquelle wertvoller Metalle. In drei Stufen zum Erfolg Für den Feinanteil der betrachteten Stoffe gibt es aktuell keine nennenswerten Recyclingkonzepte. Ziel des Projekts ELEXSA ist es, hierfür eine innovative Aufbereitungskette zu entwickeln und diese für die einzelnen Zielwertstoffe zu optimieren. Der Prozess soll dreistufig umgesetzt werden. Zunächst erfolgt mittels elektrodynamischer Fragmentierung eine selektive Auftrennung der angelieferten Materialen. Dabei werden die aus mehreren Komponenten Optimales Recycling erforscht ELEXSA. Team aus Forschung und Industrie In vorangegangenen Projekten wurde bereits das Potenzial der einzelnen Prozesse aufgezeigt. Erfolgreich kombiniert, soll nun aus den unterschiedlichen Aufbereitungsschritten ein Recyclingweg mit hohem Wirkungsgrad für ein effektives Recycling wirtschaftsstrategischer Rohstoffe aus Reststoffen entwickelt werden.

20 An der erfolgreichen Umsetzung arbeiten sechs Partner aus Wissenschaft und Industrie. Das Fraunhofer Institut für Bauphysik in Holzkirchen, vertreten durch die Arbeits-gruppe Betontechnologie und funktionale Baustoffe, verfügt über große Expertise im Bereich Recycling. Hier erfolgen die Versuche zur elektrodynamischen Fragmen-tierung. Die Sektion Mineralogie der Ludwig-Maximilians Universität München wird sämtliche Versuche zu hyd-rothermaler Extraktion und dem selektiven Filtern der Zielwertstoffe realisieren. Am Clausthaler Umwelttechnik-Institut wird zusätzlich eine Schlacke aus Elektroschrott hergestellt, um daran den Prozess-Wirkungsgrad für die-sen Stoffbereich ermitteln zu können. CUTEC analysiert zudem einen Großteil des Eingangsmaterials. Die Simet GmbH, thyssenkrupp MillServices & Systems GmbH sowie die Stadtreinigung Hamburg treten zunächst als Material-lieferanten auf und führen einzelne Analysen aus. Durch die einzelnen Geschäftsfelder der Unternehmen kann eine Vielzahl von Materialien aus den unterschiedlichsten Industrieprozessen beschafft werden. Im Verlauf des Projektes können durch die Expertise der Industriepartner mögliche Verwertungswege für die einzelnen Metalle evaluiert und soweit möglich realisiert werden. Fördermaßnahme r 4 - Innovative Technologien für Ressourceneffizienz - Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe Projekttitel Elektrodynamische Fragmentierung von Schlacken und Aschen mit nachfolgender hydrothermaler Extraktion wirtschaftsstrategischer Rohstoffe aus den Schlacke/ Asche-Feinfraktionen (ELEXSA) Laufzeit Förderkennzeichen 033R172A Fördervolumen des Verbundes Euro Kontakt Dr. Sebastian Dittrich Fraunhofer Institut für Bauphysik Fraunhoferstr Valley Tel.: sebastian.dittrich@ibp.fraunhofer.de Projektpartner Ludwig-Maximilians-Universität München, Department für Geo- und Umweltwissenschaften Sektion Mineralogie SIMET GmbH (SIMET), Borken thyssenkrupp MillServices & Systems GmbH (tk MSS), Oberhausen Stadtreinigung Hamburg (SRH), Hamburg Clausthaler Umwelttechnik-Institut (CUTEC), Clausthal-Zellerfeld Internet Herausgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Referat Ressourcen und Nachhaltigkeit, Bonn Redaktion und Gestaltung Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH; CUTEC Institut, Clausthal-Zellerfeld Bildnachweis Fraunhofer Institut für Bauphysik