Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Im Rahmen der Elektromobilit\u00e4t und einer mangelnden Rohstoffversorgung in Europa wird Batterierecyc-ling in Zukunft zunehmend an Bedeutung gewinnen. Auf Grund sich \u00e4ndernder Zusammensetzungen werden Prozesse, welche sich verst\u00e4rkt auf Energiemetalle konzentrieren wirtschaftlich unattraktiver. Li-thium als einzig \u0084gesicherter\u0093 Bestandteil von Lithiumionenbatterien muss daher in der Lage sein, den Prozess wirtschaftlich zu tragen. Gegenw\u00e4rtig ist es aber eher von geringer Bedeutung. So endet es in pyrometallurgischen Prozessen in der Schlacke oder wird in hydrometallurgischen Prozessen ver-schleppt, was die R\u00fcckgewinnungsrate verringert.
\nZiel des Projektes ist daher die m\u00f6glichst selektive Li- und C-R\u00fcckgewinnung vor der Laugung der restli-chen enthaltenen Metalle, um eine m\u00f6glichst vollst\u00e4ndige R\u00fcckgewinnung zu gew\u00e4hrleisten. In Phase I des ProLiMo-Projektes ist daher das Ziel eine Laugungsrate > 80 % f\u00fcr Lithium und Kohlenstoff zu errei-chen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Kohlenstoff-R\u00fcckgewinnung soll \u00fcber Flotation erreicht werden. Dies soll sowohl vor der Li-Laugung, so wie nach der Li-Laugung getestet werden, um Unterschiede in der Effizienz zu untersuchen.<\/p>\n
F\u00fcr die Li-R\u00fcckgewinnung wurden verschiedene Methoden ausprobiert, welche im Wesentlichen auf einer Adaption artverwandter Prozesse der Li-Erzaufbereitung basieren. Hierbei wurden sowohl die thermi-schen Parameter wie Temperatur und Haltezeit, als auch die verwendeten Zuschlagsstoffe variiert. Die Versuche lassen sich im Wesentlichen in f\u00fcnf Kategorien aufteilen: 1. Laugung unbehandelter Proben (als Vergleich), 2. Laugung nach thermischer Behandlung bei 550 \u00b0C \u0096 1050 \u00b0C unter Verwendung von Gips und CaCO3, 3. Laugung nach thermischer Behandlung bei 750 \u00b0C unter Verwendung von NH4Cl oder (NH4)2SO4, 4. Laugung nach thermischer Behandlung bei 200 \u00b0C – 300 \u00b0C unter Verwendung von (NH4)2SO4 und Wasser, 5. Laugung nach R\u00f6sten mit Schwefels\u00e4ure bei 200 \u00b0C \u0096 300 \u00b0C.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Kohlenstoff-R\u00fcckgewinnung durch Flotation:
\n–\tFlotation vor der thermischen Behandlung kann R\u00fcckgewinnungsraten bis zu 70 % erzielen
\n–\tFlotation nach der thermischen Behandlung unter Verwendung von Zuschlagsstoffen erzielen deut-lich niedrigere R\u00fcckgewinnungsrate da durch die Back-, R\u00f6st- und Calcinierungsprozesse sich die Oberfl\u00e4che des vorhandenen Kohlenstoffs ver\u00e4ndert, was die Flotation erschwert
\n–\tDie Zielsetzung von 80 % konnte nicht erreicht werden, was ggfs. der verwendeten Schwarzmasse zu schulden ist, welche einen sehr hohen Anteil an Li2CO3, aber niedrige Konzentration an Graphit aufwies<\/p>\n
Lithium-R\u00fcckgewinnung durch Laugung:
\n–\tF\u00fcr die unbehandelten Proben wurde eine R\u00fcckgewinnungsrate von 69 % gefunden, was unerwartet hoch ist. Dies ist bedingt zum einen durch das hohe Wasser\/Schwarzmasse-Verh\u00e4ltnis zur Laugung von 20 ml\/g und zum anderen durch den sehr hohen Li2CO3-Anteil, welcher atypisch f\u00fcr Schwarzmas-sen ist. Die Ursache\/Quelle dieses Sachverhalts ist nicht gekl\u00e4rt und muss bei der Bewertung der Ergebnisse ber\u00fccksichtigt werden
\n–\tF\u00fcr die calcinierten Proben bei 650 \u00b0C \u0096 750 \u00b0C unter Verwendung von Gips und Calciumcarbonat wurden anf\u00e4nglich R\u00fcckgewinnungsrate von 71 % gefunden. Nach weiterer Optimierung des Prozes-ses konnten aber Werte bis \u00fcber 90 % erreicht werden, bei hoher Selektivit\u00e4t. Der Prozess l\u00e4uft hier \u00fcber die Bildung einer Li2SO4-Phase.
\n–\tF\u00fcr die calcinierten Proben bei 750 \u00b0C unter Verwendung von Ammoniumsalzen wurden R\u00fcckgewin-nungsraten von 80 \u0096 90 % gefunden. Wobei f\u00fcr die h\u00f6heren Ausbeuten auch eine niedrigere Selekti-vit\u00e4t gefunden wurde.
\n–\tF\u00fcr die temperierten Proben bei 200 \u00b0C \u0096 300 \u00b0C unter Verwendung von Wasser und (NH4)2SO4 konn-ten ebenfalls R\u00fcckgewinnungsraten von knapp \u00fcber 80 % erreicht werden. F\u00fcr die Selektivit\u00e4t konn-ten Werte ebenfalls um die 80 % erreicht werden. Die Methode kann vermutlich noch weiter optimiert werden und hat den Vorteil eines geringeren Material- und Energieverbrauchs als bei der Route mit den calciumhaltigen Salzen
\n–\tF\u00fcr die Verwendung und Schwefels\u00e4ure wurden R\u00fcckgewinnungsraten von 90 \u0096 100 % beobachtet, wobei auch eine starke Co-Laugung der restlichen Metalle beobachtet wurde, was die Methode eher unattraktiv macht, da sie nicht sehr selektiv ist. Hierdurch ist eine Li-R\u00fcckgewinnung erst wieder ge-gen Ende des hydrometallurgischen Prozesses m\u00f6glich.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
F\u00fcr die Kohlenstoffr\u00fcckgewinnung wurde die Zielmarke knapp verfehlt. F\u00fcr die Li-R\u00fcckgewinnung konn-ten R\u00fcckgewinnungsraten von 80 \u0096 90 % oder h\u00f6her erreicht werden, mit hohen Selektivit\u00e4ten.<\/p>\n
F\u00fcr beide Werte muss allerdings die verwendete Schwarzmasse ber\u00fccksichtigt werden. Diese basierte haupts\u00e4chlich auf LMOs, wobei hohe Anteile an Li2CO3 zu sehen waren. Es wird vermutet, dass diese sich w\u00e4hrend des vorangeschalteten Behandlungsprozess (Mahlung) bildeten. Bedingt durch diesen Umstand war der Graphit-Anteil in der Probe eher niedrig, was die Flotation erschwerte.
\nAuch die Li-Laugung wird dadurch beeinflusst, da wie gezeigt selbst die unbehandelte Schwarzmasse eine Laugungseffizienz von 69 % erreichte und f\u00fcr die meisten Versuche, dass gleiche hohe Was-ser\/Schwarzmasse-Verh\u00e4ltnis verwendet wurde. Zuversichtlich stimmt aber, dass nach Optimierung der Gips-Route und die vorhandenen Ergebnisse der Ammoniumroute, Laugungsraten von 80 \u0096 90 % er-reicht wurden. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass auch die Lithiummetalloxid-Phasen chemisch rea-giert haben und dadurch auslaugbar wurden.<\/p>\n
In allen F\u00e4llen ist eine Reproduzierbarkeit der Ergebnisse unter Verwendung anderer Schwarzmassen so-wie Optimierung der verwendeten Wassermenge notwendig um diese zu verifizieren und die Robustheit des Verfahrens auf wechselnde Eingangsstr\u00f6me zu \u00fcberpr\u00fcfen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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