RECOMET Recovery of Metals. Dr. Daniel Höllen, DI (FH) Tobias Olbrich, DI Peter Müller, Robert Mischitz, Lisa-Marie Krois, Philipp Sedlazeck, M.Sc.

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1 RECOMET Recovery of Metals Dr. Daniel Höllen, DI (FH) Tobias Olbrich, DI Peter Müller, Robert Mischitz, Lisa-Marie Krois, Philipp Sedlazeck, M.Sc.

2 Gliederung Einleitung Stand der Wissenschaft Innovation durch RECOMET Material und Methoden Ergebnisse und Diskussion Ausblick Zusammenfassung 2

3 Einleitung: Kritische Rohstoffe Europäische Kommission (2010) 3

4 Einleitung: Motivation und Zielstellung 4

5 Einleitung: Thematischer Kontext Altlastensanierung : In-situ-Sanierung von Chromschäden über Reduktionsprozesse : Weiterführende Untersuchungen zu. (ChromSan) 5

6 Einleitung: Das Konsortium 6

7 Einleitung: Grundidee Kharisov, Boris I.; Rasika Dias, H. V.; Kharissova, Oxana V.; Manuel Jimenez-Perez, Victor; Olvera Perez, Betsabee; Munoz Flores, Blanca (2012): Iron-containing nanomaterials: synthesis, properties, and environmental applications. In: RSC Adv 2 (25), S Online verfügbar unter 7

8 Stand der Wissenschaft: Redoxreaktionen Metalle können in unterschiedlichen Wertigkeiten vorliegen. Redoxreaktion: Das unedlere Metall wird oxidiert und das edlere reduziert. 8

9 Stand der Wissenschaft: Redoxreaktionen Redoxpaar Standardpotential E 0 Cr e - Cr ,33 V Fe e - Fe 0-0,04 V Fe 0 + Cr 6+ Fe 3+ + Cr 3+ (Cr 6+ O 4 ) 2- (Cr 3+ (H 2 O) 6 ) 2- (aq) (Fe 3+ (H 2 O) 6 ) 2- Fe (0) 9

10 Stand der Wissenschaft: Wertigkeit und Löslichkeit Mineralphase Löslichkeitsprodukt [mol²/l²] Cr 3+ (OH) 3 Chromatit, CaCr 6+ O * ( 0,013 mg/l Cr) 7,1 * 10-4 ( 1400 mg/l Cr) 10

11 Stand der Wissenschaft: Fixierungsmechanismen kritischer Metalle mit Fe(0) 11

12 Stand der Wissenschaft: Festkörper-Lösungs- Wechselwirkungen im System Fe-H 2 O-kritisches Metall aussichtsreich diadocher Ersatz Adsorption Fällung keine Informationen Anmerkung: unscharfer Begriff Co-Präzipitation 12

13 Innovation durch RECOMET State of the art Für Cr, Ni und V: Einsatz von nullwertigem Eisen erprobt, aber Passivierung der Oberfläche der Eisenpartikel durch Korrosionsprodukte Für alle übrigen kritischen Elemente: Nur Einsatz gelöster Fe(II)-Verbindungen, noch keine Verwendung von Fe(0) Laborversuche zur hydrogeochemischen / mineralogischen Grundlagenforschung Entsorgungsgedanke bei der Abwasserbehandlung Innovation durch RECOMET Einsatz eines Wirbelschichtreaktors keine Passivierung Einsatz fester Fe(0)-Granalien keine Aufsalzung der Wässer (z.b. mit SO 2-4 ) leichtere Kreislaufführung Anwendung in einer umwelttechnischen Pilotanlage Recyclingorientierte Abwasserbehandlung 13

14 Material und Methoden: Laborversuche 1. Staffel Herstellung synthetischer Lösungen aus Metallsalzen Zugabe von Eisen-granal ien Überkopfschüttelversuch Siebung Filtration Filtration Filtrat Ausgangskonzentration Ausgangslösung ohne Fe Ausgangslösung mit Fe ph-wert verbrauchtes Granulat Masse Masse Grobschlamm Feinschlamm Masse Endkonzentration (wenn möglich: Photometrie sonst: ICP-MS) 14

15 Ergebnisse: Laborversuche 1. Staffel < NWG < NWG < NWG < NWG < NWG 15

16 Material und Methoden: Laborversuche 2. Staffel Ergebnisse der ersten Versuchsstaffel Abfallwirtschaftliche Verfügbarkeitsanalyse Elementauswahl für weiterführende Versuche aussichtsreich wenig aussichtsreich keine Informationen 16

17 Material und Methoden: Laborversuche Reaktionszeit t 0 1 min 5 min 15 min 30 min 60 min 120 min 180 min t Optimum 17

18 Ergebnisse: Laborversuche 2. Staffel Die Reaktionskinetik ist relativ schnell, aber elementspezifisch Bei den bisher untersuchten Elementen nimmt die Verfahrenseffizienz im sauren Bereich zu Eine Verringerung des Festkörper-Lösungs- Verhältnisses bewirkt eine signifikante Abnahme der Verfahrenseffizienz 18

19 Offene Fragen Ursachen der elementspezifischen Effizienz? keine Korrelation mit nur einem Parameter (Ladung, Radius ) Ursachen des elementspezifischen Abriebs (und damit der elementspezifischen Konzentration im Schlamm)? indirekter ph-effekt? Bindungsform der fixierten Metalle? XRD: Problem: Nachweisgrenze 2 %, Gehalt an kritischem Metall ~ 1 % Mikrosonde 19

20 Ausblick Herbst 2014 Laborversuche mit synthetischen Lösungen bei unterschiedlichen ph-werten und Fest:Flüssig-Verhältnissen Laborversuche mit realen Abwasserproben Errichtung einer Technikumsanlage (Fließbettreaktor) 20

21 Zusammenfassung Die grundlegende Eignung des ferrodecont-verfahrens zur Rückgewinnung kritischer Metalle aus wässrigen Lösungen wurde in Laborversuchen nachgewiesen. Ein tiefergehendes Verständnis der zugrundeliegenden Prinzipien (Adsorption/Fällung/diadocher Ersatz, Reaktionskinetik, Abrieb) steht noch aus. Die Übertragung auf reale Abwässer ist mit Herausforderungen (Konkurrenz unterschiedlicher Elemente, Auftreten einer öligen Phase) verbunden, die in einer Pilotanlage bewältigt werden sollen! 21