Pyrometallurgie: Recycling von Elektronik- und Batterieschrott

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1 acatech Akademietag in Mainz, 20. April 2012 Pyrometallurgie: von Elektronik- und Batterieschrott - hochproduktive Konzentration von Technologiemetallen am Beispiel des WEEE- und Altbatterierecyclings - B. Friedrich, S. Maurell-Lopez, M. Vest IME Metallurgische und Metallrecycling, RWTH Aachen Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Bernd Friedrich

2 Marktvolumen Elektronik(schrott) und recharg. Batterien Batteriesystem In Verkehr gebracht 2010 Eingesammelt 2010 Bemerkung Li-Ion * t 276 t zu 100% im Ausland recycelt NiMH * t 334 t EEE (D) ** kt 700 kt 650 kt verschollen EEE (EU) ** > kt ca kt * GRS 2010 * * Angaben 2008

3 Problem und technische Herausforderung Herausforderung: Trennung hochkomplexer Stoffverbünde mit zunehmender Vielfalt an kritischen Metallen, jedoch in geringer Konzentration (Dissipation)

4 critical metals in sekundären Rohstoffen Leiterplatte WEEE Cu-Frakt. NIMH-Batt. Li-Ion-Batt. Foto Foto Foto Foto Cu, Pb, Ni, Sn Cu, Pb, Ni, Sn Fe, Ni Ni, Cu, Mn, Al, Sb, Ag, Au, Pd, Pt, Bi, Cr, Ta, In Sb, Ag, Au, Pd, Pt, Bi, Cr, Ta, In Co, SE Co, Li

5 Metallgehalte in Schrottfraktionen (Gew%) NiMH Batterie Cu Ni Co SE Fe Li Mn C Li-Ion 19 3,2 3, ,2 40 Leiterplatten WEEE Cu- Fraktion Cu Ni Sn Cr Fe Sb Ag Au Pt Pd Bi/Ta In 18 0,5 1,9 0,1-0,5 0, ,3 1,1 0,2-0,2 0, , ,09 200

6 Ziele der Forschung l l effizienz erhöhen Gewinnung von kritischen Metallen Rohstoff l l Energieinhalte direkt nutzen Wirtschaftlichkeit erhöhen Aufbereitung Aufbereitung l zero waste Splitter Volumen- Spezial- klassische Innovatives Vorgehensweise Konzept Produkte

7 Unit Operation - Splitter optimiert aufbereiteter polymetallischer Ressourcenmix autotherm und selbstgängig Energie Zuschläge Reduktionsmittel SPLITTER Beispiel: TBRC, ISA/Au-Smelter Anergie/ Exergie Metall Schlacke Abgas

8 Was ist ein TBRC Kippbar einfache Handhabung Drehbar sehr gute Durchmischung Lanze Eintrag von Energie oder Reaktionsprodukten + Einschmelz-, Reduktions- und Oxidationsfahrweise + Energieeintrag auch über die Ofenwand + Variabel im Oberflächen- zu Volumenverhältnis der Schmelze + Hohe Flexibilität bzgl. Einsatzstoffe und Zielmetall

9 30 sec Video TBRC operation am IRRC*, Aachen * IRRC: IME Recearch Center

10 Die Produkte Metall Schlacke Abgas Cu-Sn-Ni Legierung (Elektronikschrottrecycling) Ni-Co Legierung (NiMH- ) Co-Ni-Mn Legierung (Li-Ionen ) Seltene Erden Konzentrat (NiMH ) Li-Konzentrat (Li-Ion )

11 Thermochemie bekanntes Verteilungsproblem K= a MeO n / a Me Quelle: Nakajima, Environ. Sci. Technol /es104231n

12 Schlacke Ziel und Verlustphase für critical metals 98 Cu 90 Ni Co 5 65 Sn 80 EM 35 Pb Metall Li Schlacke Ta Abgas Gehalte in Mass.-% 2

13 Zusammenfassung Situation: l strategische und kritische Metalle sind in z.t. sehr geringen Konzentrationen in vielen materialien vertreten l Hohe Kohlenstoffgehalte/Energieinhalte in Schrottfraktionen l kritische Metalle aufgrund unterschiedlicher Stoffeigenschaften zu den base metals nicht automatisch mitgewinnbar l selten ganzheitliche Optimierung der Aufbereitung Herausforderungen und Ziele zukünftiger Forschung l Entwicklung autothermer und wirtschaftlicher Zwischenschritte zur Generierung von krit. Metall-Konzentraten l hohe Selektivität in wenigen Prozessschritten zu erreichen l Entwicklung metallurgisch selbstgängiger Reststoffmischungen nach spezialisierter mechanischer Vorkonzentration l Schlacke nicht als Abfall, sondern als Chance werten

14 acatech Akademietag in Mainz, 20. April 2012 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit IME Metallurgische und Metallrecycling, RWTH Aachen Prof. Dr.-Ing. Bernd Friedrich