"Elektronikschrott eine komplexe Rohstoffquelle für neue Werkstoffe"

Transkript

1 i-wing, "Elektronikschrott eine komplexe Rohstoffquelle für neue Werkstoffe" B. Friedrich, A.Trentmann A.Gath, A.Pophanken IME Metallurgische und Metallrecycling, RWTH Aachen University Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Bernd Friedrich

2 Hightech Werkstoffe für Hightech Anwendungen Hightech- Anwendungen Hightech- Werkstoffe Quelle: AUDI Ziel: der Hightech- Anwendungen zu Werkstoffen gleichbleibender Qualität mit hohen Anforderungen

3 Zunehmende Komplexität in der Zusammensetzung (Zepf V. et al. 2014) Anzahl eingesetzter Metalle wächst stetig Komplexität der Anwendungen steigt Volumina nehmen zu, Gehalte nehmen ab

4 Elektronikschrott Ressource mit Potential Komplexe Zusammensetzung verschiedener Materialien: Basismetalle (Cu, Al, Fe) Edelmetalle (Ag, Au, Pd, ) Strategische Metalle (Ni, Sn, Zn, Bi, Sb, In, ) Schadstoffe (Hg, Be, Pb, Cd, As, ) Halogene (Br, F, Cl, ) Kunststoffe & Organik Glas, Keramik Quelle: Umicore Wertvolle Quelle für Sekundärrohstoffe (Urban Mining individuelle Depots Dissipation durch Nutzung) Edelmetallgehalte dominieren den Materialwert von Altelektronik Wert- und Schadstoffe sind überwiegend in den Leiterplatten konzentriert

5 Technologische Entwicklung von Elektro- und Elektronikbauteilen M 1 M 2 = M 1 * 10 -x M 3 = M 1 x 10 -nx

6 ziel: Werkstoffsystem Aluminiumlegierungen Gesamtverbrauch EU (2009): ca. 10 Mio t Mn Li Sc Co Zn Ti Zr Mg Ni Cr Korrosionsbeständigkeit

7 ziel: Werkstoffsystem Kupferlegierungen Elektrische Leitfähigkeit Gesamtverbrauch EU (2009): ca. 3 Mio t As Sb Nb Cr Bi Mn Zr Ag Fe Ti Mg Al Mo Zn Si Sn Ni Be

8 Stand der Technik: Aufbereitung / Vorbehandlung M 1 Zerkleinerung Sortierung nach physikalischen Eigenschaften Mechanische Aufbereitung / Vorbehandlung Sortier produkte zur metallurgischen Verwendung Kupferreiche Fraktion Eisen Aluminiumreiche Fraktion

9 Werkstoffrückgewinnung Al Inhomogenes Einsatzmaterial z.b. 91% Al; 2,8% Cu; 3,6% Si; 0,5% Fe Enge Legierungsspezifikation Geringste Einschlusskonzentration We build technology from scrap!

10 Aluminiumreiche E-Schrott Fraktion - Schmelzprozess prozess mit Salz: Aufnahme von Verunreinigungen (Oxide) Schutz vor Oxidation Pyrolyse, Homogenisierung, Legierungseinstellung Metallrückgewinnung durch: Koaleszenz Absetzen

11 Kupferreiche E-Schrott Fraktion - Charakteristik (Ca, Br, Sn, Pb, Zn, F, Ni, O) Zusammensetzung: Gehalt in % C Cu Si Al Fe Ag Au ppm ppm Extrem hoher Organikanteil, direkte Einbringung in die primäre Cu Route nur begrenzt möglich, integrierte Nutzung des Energieinhaltes Intelligentes Prozessdesign zur Gewinnung von Elektronikmetallen

12 Kupferreiche E-Schrott Fraktion - Schmelzprozess Gezielter (mehrstufiger) Einsatz optimierter Schlackensysteme in Verbindung mit selektiver Oxidation der Verunreinigungen ermöglicht: Gewinnung eines bis zu 98 % Cu haltigen Metalls Entfernung der Verunreinigungen (Al, Si, Fe) Sammeln der Edelmetalle im Metall, Konzentration kritischer Metalle Integration in primäre Cu Route möglich, Nebenprozesse fehlen!

13 Einsatz der E-Schrott Legierung in primärer Cu-Route Konzentrat (25-35% Cu) Angereichert aus Erz Steinschmelzen Kupferstein (60-70% Cu) Konverter Blisterkupfer (98-99% Cu) Anodenofen Anodenkupfer (99-99,8% Cu) Raffinationselektrolyse Kathodenkupfer (>99,999% Cu) Anodenschlamm Aurubis, Hamburg

14 Vom Anodenschlamm zu strategischen Metallen Anodenschlamm (~10% Edelmetalle, Se, Te) Doré Silber 92% Edelmetalle Laugung Konverter Fester Rückstand Treibprozess Anodensilber 96-98% Edelmetalle Quelle Agosi Elektrolyse Goldhaltiger Anodenschlamm Zur Au Gewinnung Feinsilber (99,99%)

15 Verteilung kritischer Metalle in der Metall Schlacke Staub Schlacke Metall Gas Phase Starke Verzettlung führt bislang zu unökonomischem von kritischen Metallen

16 Kaum erforscht: Rückgewinnung kritischer Metalle Herausforderungen: Erforderliche Separation komplexer Materialien mit steigender Anzahl von kritischen Metallen Metalle liegen in geringen Konzentrationen vor und sind zumeist sehr schwer zu gewinnen (Zepf V. et al. 2014)

17 Anforderungen an zukünftige prozesse M 1 M 3 Sortierung nach Bauteileigenschaften Sortierung von Bauteilen in Typenklassen mit höheren Konzentrationen strategischer Metalle Metallurgischer Prozess: Splitter Typenklassen Typenklassen Typenklassen definiert Qualitätsanforderungen an Vorbehandlung

18 Ganzheitliches Konzept zur Werkstoffrückgewinnung

19 i-wing, Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! IME Metallurgische und Metallrecycling, RWTH Aachen University Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Bernd Friedrich