Neue Recyclingstrategien an zwei Beispielen

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1 Neue Recyclingstrategien an zwei Beispielen Mitgliederversammlung FIRE e.v Prof. Dr.Ing. Michael Stelter

2 Zwei aktuelle Beispiele zum Recycling metallhaltiger Wertstoffe Galliumrecycling aus Prozesslösungen der Halbleiterindustrie TU Bergakademie Freiberg Institut für NEMetallurgie und Reinststoffe Leipziger Str Freiberg Tel.:03731 / Vortragender: Prof. Dr.Ing. Michael Stelter Mitgliederversammlung FIRE e.v. 19. Februar 2015

3 Galliumrecycling aus Prozesslösungen der Halbleiterindustrie UMTS HFSignalverstärker GSM HF Verstärker und Schalter WLAN/Bluetooth Front End TU Bergakademie Freiberg Institut für NEMetallurgie und Reinststoffe Leipziger Str Freiberg Tel.:03731 / Vortragender: Prof. Dr.Ing. Michael Stelter Mitgliederversammlung FIRE e.v. 19. Februar 2015

4 Galliumrecycling aus Prozesslösungen der Halbleiterindustrie Rohstoffe & Wafer Gasphasen Fertigung g Fertigung g von Hilfsstoffe Erzeugung Epitaxie von Bauteilen Endgeräten Gallium, Arsen GaAs Wafer HF Stacks HFBauteile Handys, Computer Ingal (D) PPM (D) FCM (D) Sumitomo (J) AXT (US) Infineon (A) IQE (GB) Kopin (GB) Sumika (J) Anadigics (US) RFMD (US) Skyworks (US) Qualcomm (US) Cisco (US) Nokia (FI) Opto Stacks Dioden Leuchtkörper Osram (D) Epistar (RC) Osram (D) Philips (NL) VW (D) Sony (J) TU Bergakademie Freiberg Institut für NEMetallurgie und Reinststoffe Leipziger Str Freiberg Tel.:03731 / Vortragender: Prof. Dr.Ing. Michael Stelter Mitgliederversammlung FIRE e.v. 19. Februar 2015

5 Galliumrecycling aus Prozesslösungen der Halbleiterindustrie Gallium Recycler Recycling Prozess feste Abfälle Σ 45 kg Abwasser Σ 3 kg GaAs Wafererzeuger Abwasser Σ 12 kg Gallium Hochdruck Kristall 100 kg synthese zucht Sägen Ätzen / Polieren Wafer 40 kg Alumina Raffinerien Abwasser Σ 32 kg Chip Erzeugung Rohgallium Σ 55 kg Gallium Erzeuger Chip Erzeuger Chips für Handys Σ 8 kg TU Bergakademie Freiberg Institut für NEMetallurgie und Reinststoffe Leipziger Str Freiberg Tel.:03731 / Vortragender: Prof. Dr.Ing. Michael Stelter Mitgliederversammlung FIRE e.v. 19. Februar 2015

6 Galliumrecycling aus Prozesslösungen der Halbleiterindustrie Feed Dialysat H + Cl Cl H + NO 3 NO 3 H + H H + H 2 AsO 4 GaCl 4 Ga, Asnzentration Kon 8000 H H Konzentrationsverlauf Ga im Feed Ga in Dialysat As im Feed As im Dialysat 0 H H 2 AsO 4 Zeit TU Bergakademie Freiberg Institut für NEMetallurgie und Reinststoffe Leipziger Str Freiberg Tel.:03731 / Vortragender: Prof. Dr.Ing. Michael Stelter Mitgliederversammlung FIRE e.v. 19. Februar 2015

7 Galliumrecycling aus Prozesslösungen der Halbleiterindustrie Pilot Scale 2m 2 / 200l Lab Scale 0,002m 2 / 0,3l SemiPilot Scale 0,05m 2 / 1l Dialysate Feed Konzepterstellung Analyse der Ionenspezies Membranerprobung Experimente zur Diffusions /Elektro Dialyse, Trennung weiterer Elemente Machbarkeitsstudie: Ga As Trennung Modellierung / Optimierung des Stofftransports, Energieverbrauchs TU Bergakademie Freiberg Institut für NEMetallurgie und Reinststoffe Leipziger Str Freiberg Tel.:03731 / Vortragender: Prof. Dr.Ing. Michael Stelter Mitgliederversammlung FIRE e.v. 19. Februar 2015

8 Zwei aktuelle Beispiele zum Recycling metallhaltiger Wertstoffe Pb und InGewinnung aus Bleisilikatglas und Inhaltigem Schrott Preisträger des Kaiserpfalz Preises der Metallurgie 2014 TU Bergakademie Freiberg Institut für NEMetallurgie und Reinststoffe Leipziger Str Freiberg Tel.:03731 / Vortragender: Prof. Dr.Ing. Michael Stelter Mitgliederversammlung FIRE e.v. 19. Februar 2015

9 Pb und InGewinnung aus Bleisilikatglas und Inhaltigem Schrott Kathodenstrahlröhre eines alten TV s 400 kt/a Bleiglasscherben allein in der EU Marginale Verwertungsquote in PbIndustrie und PbGlas Industrie Bleioxidgehalt 25 wt% 75 wt% Glas Geringer Marktpreis für Blei (2.000 $/t) Blei in Glasmatrix fest gebunden Additive benötigt keine wirtschaftlich tragbaren Verfahren LCDPanele werden nur gelagert, nicht aufbereitet Metallgehalt (In + Sn) von etwa 0,08% (0,02% In; 0,06% Sn) Moderate Metallmarktpreise ( $/t In; $/t Sn) 15% Organikanteil 85% Glasanteil kein wirtschaftliches Recyclingverfahren verfügbar LCDSchrott TU Bergakademie Freiberg Institut für NEMetallurgie und Reinststoffe Leipziger Str Freiberg Tel.:03731 / Vortragender: Prof. Dr.Ing. Michael Stelter Mitgliederversammlung FIRE e.v. 19. Februar 2015

10 Pb und InGewinnung aus Bleisilikatglas und Inhaltigem Schrott Recycling mit dem Fokus auf ein Produkt ist wirtschaftlich nicht mehr vertretbar. Gewinnung mehrerer Stoffe verschiedener Bereiche (z.b. Metall und Glas) macht Wirtschaftlichkeit erst möglich und steigert Recyclingeffizienz. TU Bergakademie Freiberg Institut für NEMetallurgie und Reinststoffe Leipziger Str Freiberg Tel.:03731 / Vortragender: Prof. Dr.Ing. Michael Stelter Mitgliederversammlung FIRE e.v. 19. Februar 2015

11 Pb und InGewinnung aus Bleisilikatglas und Inhaltigem Schrott TU Bergakademie Freiberg Institut für NEMetallurgie und Reinststoffe Leipziger Str Freiberg Tel.:03731 / Vortragender: Prof. Dr.Ing. Michael Stelter Mitgliederversammlung FIRE e.v. 19. Februar 2015

12 Pb und InGewinnung aus Bleisilikatglas und Inhaltigem Schrott Bleiausbringen aus technischem Glas von > 95% Antimonausbringen aus technischem Glas > 95% Indium und Zinnausbringen aus ITO (Indium Zinn Oxid) > 70% bei Zielglaszusammensetzung g Verfahrensfließbild steht Wirtschaftliche Bewertung zeigt EBIT Marge von etwa 50% Tiegelversuch im Ofen Verarbeitung weiterer Abfallstoffe: Silberhaltige Solarpanelle Zinnhaltiges Spülsandhaldenmaterial Indiumhaltige LED s Metall und Glasphase aus Versuchen TU Bergakademie Freiberg Institut für NEMetallurgie und Reinststoffe Leipziger Str Freiberg Tel.:03731 / Vortragender: Prof. Dr.Ing. Michael Stelter Mitgliederversammlung FIRE e.v. 19. Februar 2015

13 Gewinnung von Pb und In aus Bleisilikatglas und Inhaltigen Schrotten Wertstoffe Kathodenstrahlröhren mit moderatem PbOGehalt Inhaltige LCDBildschirme dpa pictiurealliance Methode Gewinnung von Pb und In unter Glasbildung karbothermische Reduktion von Pb und In unter Nutzung des Kohlenstoffs der organischen LCDBestandteile Ziel Bleiausbringen > 98 % Indiumausbringen i > 80 % Bildung von verwertbarem Glas

14 Gewinnung von Pb und In aus Bleisilikatglas und Inhaltigen Schrotten vorläufige Ergebnisse Bleiausbringen > 99% bei spezieller Glaszusammensetzung möglich Glasweiterverarbeitung notwendig Indiumausbringen Einflussgrößen: Sauerstoffpartialdruck Einsatz von Schutzgas (N 2 ) Menge an Reduktionsmittel Verbleib von Überschuss in der Schmelze partielle Reoxidation von Indium bei Temperaturen oberhalb von 850 C Bisher erreichtes Metallausbringen Pb / Sb > 99 % In % Sn 55 %

15 Neue Recyclingstrategien an zwei Beispielen Fazit Sekundärmaterialien werden immer komplexer und schwerer zu recyceln Die Miniaturisierung führt zu sehr geringen Gehalten an bestimmten Metallen und Werkstoffen im Sekundärrohstoff Intelligente Verfahren der Aufkonzentrierung sind besonders wichtig Neue Verfahren müssen immer mehr Inhaltsstoffe zurückgewinnen können Kunststoffanteile müssen zumindest energetisch genutzt werden können Die Preise der recycelten Inhaltsstoffe (z.b. Metalle) werden langfristig Anreiz sein, effizientere Verfahren zu entwickeln Bei einigen Sekundärmaterialien werden besser Sammlungs Bei einigen Sekundärmaterialien werden besser Sammlungsund Logistiksysteme benötigt (Handys, LiAkkus, etc.)

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit