Aufschluss, Trennung und Rückgewinnung von ressourcenrelevanten Metallen aus Rückständen thermischer Prozesse mit innovativen Verfahren (ATR)

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1 r 3 Verbundprojekttitel Aufschluss, Trennung und Rückgewinnung von ressourcenrelevanten Metallen aus Rückständen thermischer Prozesse mit innovativen Verfahren (ATR) Dr. Olaf Holm BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung r 3 -Kickoff 17./ Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie Gliederung Projektziele Projektpartner Projektstruktur Vorstellung der einzelnen Arbeitspakete r 3 Strategische Metalle und Mineralien 2 Freiberg, 17./ Seite 1 von 10 Freiberg, 17./

2 Projektziele Mechanische Aufbereitung von Rostaschen (v.a. von Aschen aus der Hausmüllverbrennung, HMVA) Aufbau / Betrieb einer großtechnischen Anlage Abtrennung oxidischer und elementarer Metallbestandteile Bilanzierung / Bewertung der einzelnen Verfahrensschritte Verwertungsoptionen für Metalle in feinen Korngrößen r 3 Strategische Metalle und Mineralien 3 Freiberg, 17./ Projektpartner Quelle: BMBF / Intra r3 r 3 Strategische Metalle und Mineralien 4 Freiberg, 17./ Seite 2 von 10 Freiberg, 17./

3 Projektstruktur *) *) aus einem Reststoffstrom einer tiefen WEEE- Aufbereitung, der bisher nicht weiter stofflich verwertet werden kann r 3 Strategische Metalle und Mineralien 5 Freiberg, 17./ AP1: HMVA als Input Errichtung einer großtechn. Anlage u.a. mit Hochgeschwindigkeitsprallzerkleinerung Durchsatz unterschiedlicher Aschen.. vorbehandelt unvorbehandelt vorbehandelte und bereits abgelagert ca Mg ca Mg ca Mg Deponie Tensfeld / Damsdorf Quelle: Stadtreinigung HH.. mit den Zielen Massenbilanzierung (Input-Output-Analyse v.a. für strategische Metalle) bauphysikalische Beurteilung der Restmineralik metallurgische Verwertung Rückgewinnung von Metallen (v.a. aus den generierten Feinfraktionen) r 3 Strategische Metalle und Mineralien 6 Freiberg, 17./ Seite 3 von 10 Freiberg, 17./

4 AP2: Aschen aus Monodeponien Quelle: BSR HMVA im Deponiebau Einhaltung der Zuordnungswerte nach DepV ausreichende Durchlässigkeit günstige Korngrößenverteilung erosionsbeständig MHKW Ruhleben Deponie Schöneicher Plan Durchsatz von Mg vorbehandelter und abgelagerter Asche zur Abschätzung.... des Potentials von Landfill-Mining anhand der Wertstoffrückgewinnung.. der Beeinträchtigung der für den Deponiebau relevanten Eigenschaften r 3 Strategische Metalle und Mineralien 7 Freiberg, 17./ *) aus einem Reststoffstrom einer tiefen WEEE- Aufbereitung, der bisher nicht weiter stofflich verwertet werden kann AP3: Aschen aus der Verbrennung von WEEE-Resten*) Auswahl Stoffstrom Analyse Verbrennung Analyse TARTECH Anlage Analyse Auswahl geeigneter Stoffströme Identifikation Wertstoffgehalt Fraktionen Verbrennungsversuche Identifikation Wertstoffgehalt Aschen Zerkleinerung mit TARTECH- Verfahren Identifikation Wertstoffgehalt Output händische Zerlegung zur Indentifikation aller Fraktionen Quelle: Fraunhofer UMSICHT r 3 Strategische Metalle und Mineralien 8 Freiberg, 17./ Seite 4 von 10 Freiberg, 17./

5 AP3: Metallurgische Schlacken Quelle: Universität Duisburg Essen Auswahl metallurgischer Stoffströme Analyse TARTECH Anlage Analyse Auswahl metallurgischer Schlacken Identifikation Wertstoffgehalt Schlacken Zerkleinerung mit TARTECH- Verfahren Identifikation Wertstoffgehalt Output REM-, lichtmikroskopische und XRD-Untersuchungen in welcher Form liegen die Metalle in den Kornfraktionen vor? Metalle oder Legierungen Oxide Sulfide Chloride Umschmelzversuche Gesamtgehalte der Metalle in welchen Legierungen liegen die Metalle vor? r 3 Strategische Metalle und Mineralien 9 Freiberg, 17./ AP4: metallurgische Verwertung Aluminium < 3mm nicht zum Einschmelzen geeignet.. Wasserstoffherstellung Quelle: Na Ranong, C. et al. (2009), effiziente und vollständige Reaktion? Chemical Engineering & Technology 32, Wasserstoffspeicherung z.b. zur Synthese von Metallhydriden von Natrium-Alanat (NaAlH 4 ) Kaltgasspritzen (Einsatz z.b. zum Korrosionsschutz) Bestimmung der Duktilität und mittlerer Korngröße der Mahlprodukte Untersuchung der Eigenschaften gespritzter Schichten r 3 Strategische Metalle und Mineralien 10 Freiberg, 17./ Seite 5 von 10 Freiberg, 17./

6 AP5: Rückgewinnung durch phys. und chem. Verfahren Fokus auf der Feinfraktion von HMVA Vorgehensweise / Verfahrensansätze chemische, mineralogische und mechanische Charakterisierung Dichtesortierung Flotation hydrothermale Lösung Bioleaching / enzymatische Verfahren r 3 Strategische Metalle und Mineralien 11 Freiberg, 17./ Rostaschen aus der Hausmüllverbrennung (HMVA) frische Asche 40% Asche, 40% Schmelzprodukte, 10% Metalle und 10% andere (6% Glas, 2% Keramik, 1% Organik, 1% Steine) 45% SiO 2, 21% CaO, 15 % Fe 2 O 3, 11% Al 2 O 3 ebenfalls relevant: Chlorid, Sulfat und Schwermetalle (Zn, Cu, Pb) Alterung ph-wert-verringerung Bildung neuer Minerale und mineralsicher Verkrustungen r 3 Strategische Metalle und Mineralien 12 Freiberg, 17./ Seite 6 von 10 Freiberg, 17./

7 HMVA Verkrustungen r 3 Strategische Metalle und Mineralien 13 Freiberg, 17./ AP5: Flotation Sortierung basiert auf Unterschieden in den Oberflächeneigenschaften gängiges Verfahren in der Erzaufbereitung in der Regel jedoch für sulfidische Erze Quelle: S. Lang Zielstellung Extraktion von Cu einfacher Verfahrensansatz Herausforderungen Vielzahl von Einflussfaktoren, die miteinander wechselwirken (können) ein Lösungsansatz: statistische Versuchsplanung r 3 Strategische Metalle und Mineralien 14 Freiberg, 17./ Seite 7 von 10 Freiberg, 17./

8 AP5: hydrothermale Lösung Quelle: LMU München Extraktion von Zn und Pb Temperaturbereich: C Bestimmung der Löslichkeit als Funktion von Temperatur, ph und Korngröße sowie der Lösungskinetik thermodynamische und kinetische Modellierung mit FactSage Ausfällung als Karbonate Herstellung von Ausgangsmaterialien für die metallurgische Verwertung r 3 Strategische Metalle und Mineralien 15 Freiberg, 17./ AP5: enzymatische Verfahren Quelle: SpiCon Extraktion von Cu und Zn Identifikation der optimalen biogenen Laugungsmittel Optimierung der Prozessparamater z.b. Zeit, Korngröße, Trennungsverfahren, Fällung Einsatz von Versuchsplanung Modellierung Stoffströme, Energiebilanzen, Kosten, Nebenprodukte r 3 Strategische Metalle und Mineralien 16 Freiberg, 17./ Seite 8 von 10 Freiberg, 17./

9 AP6: Bilanzierung, Quantifizierung, Bewertung Auswahl geeigneter Indikatoren und Bezugsgrößen im Sinne der Nachhaltigkeit r 3 -interne Vernetzung Ermittlung spezifischer Kennwerte aus bestehenden Anlagen aus Versuchsergebnissen Definition und Bewertung diverser Anlagenkonfigurationen z.b. verschiedener Aschen (metallurgische vs. WEEE vs. HMVA) Vergleich mit dem Stand der Technik abschließende Nachhaltigkeitsbewertung r 3 Strategische Metalle und Mineralien 17 Freiberg, 17./ AP6: Methodischer Ansatz Multikriterienanalyse variable und fixe Kosten Flächenbedarf/ - verbrauch Feinstaubemissionen Energiebedarf Klimawandel Ressourcen- -verbrauch -kritikalität -schutz etc. Quelle: Fraunhofer UMSICHT Arbeitsplatzeffekte Arbeitsschutz r 3 Strategische Metalle und Mineralien 18 Freiberg, 17./ Seite 9 von 10 Freiberg, 17./

10 Quelle: Stadtreinigung Hamburg Vielen Dank dem BMBF, dem INTRA r 3 + -Team, und Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit!! auch im Namen der ATR-Projektparter: r 3 Strategische Metalle und Mineralien 19 Freiberg, 17./ Seite 10 von 10 Freiberg, 17./