ELEXSA: Trennung unter Hochspannung – Rohstoffe aus Aschen und Schlacken

Das Verbundvorhaben „ELEXSA“ verfolgt eine innovative Aufbereitungsroute, um wirtschaftsstrategische Metalle, beispielsweise Seltene Erden, selektiv aus Materialströmen zu gewinnen. Hochspannungsimpulse trennen einleitend die „Spreu vom Weizen“. Branchenübergreifend werden Reste aus der Müllverbrennung, Metallerzeugung und Zementproduktion recycelt. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe“ gefördert. „r4” sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft.

Schlacke wird zur Rohstoffquelle wertvoller Metalle.

Fraunhofer Institut für Bauphysik

Den Metallen auf der Spur

Allein in Deutschland fallen jährlich über sechs Millionen Tonnen Aschen aus der Müllverbrennung an. Hinzu kommen Schlacken und Stäube aus der Metallerzeugung und der Zementproduktion. Allen gemein ist ein hohes Wertstoffpotenzial an mineralischen und metallischen Komponenten. Insbesondere im Feinanteil der genannten Stoffe können Metalle wie Antimon, Zinn, Molybdän, Wolfram, Kobalt und Seltene Erden, beispielsweise Lanthan, Niob, Cer und Yttrium vorliegen, die von der EU als „critical raw materials“ eingestuft sind.

In drei Stufen zum Erfolg

Für den Feinanteil der betrachteten Stoffe gibt es aktuell keine nennenswerten Recyclingkonzepte. Ziel des Projekts „ELEXSA“ ist es, hierfür eine innovative Aufbereitungskette zu entwickeln und diese für die einzelnen Zielwertstoffe zu optimieren. Der Prozess soll dreistufig umgesetzt werden. Zunächst erfolgt mittels elektrodynamischer Fragmentierung eine selektive Auftrennung der angelieferten Materialen. Dabei werden die aus mehreren Komponenten bestehenden Ausgangsstoffe mittels Hochspannungsimpulsen zuverlässig in ihre Einzelbestandteile zerteilt. Anschließend wird das anfallende Feinmaterial separiert und der hydrothermalen Behandlung zugeführt, um schwerlösliche Metalle aufzuschließen. Exakt eingestellte Prozessparameter wie Druck, pH-Wert und Temperatur sind die Voraussetzung für einen hohen Wirkungsgrad, der zusätzlich durch die vorgeschaltete elektrodynamische Fragmentierung gesteigert wird. Im letzten Schritt werden die gelösten Metalle mit verschiedenen Elektrolyttextilien und maßgeschneiderten Polymeren selektiv zurück gewonnen und stehen neuen High-Tech-Anwendungen zur Verfügung.

Optimales Recycling erforscht „ELEXSA“.

CUTEC

Team aus Forschung und Industrie

In vorangegangenen Projekten wurde bereits das Potenzial der einzelnen Prozesse aufgezeigt. Erfolgreich kombiniert, soll nun aus den unterschiedlichen Aufbereitungsschritten ein Recyclingweg mit hohem Wirkungsgrad für ein effektives Recycling wirtschaftsstrategischer Rohstoffe aus Reststoffen entwickelt werden.

An der erfolgreichen Umsetzung arbeiten sechs Partner aus Wissenschaft und Industrie. Das Fraunhofer Institut für Bauphysik in Holzkirchen, vertreten durch die Arbeitsgruppe „Betontechnologie und funktionale Baustoffe“, verfügt über große Expertise im Bereich Recycling. Hier erfolgen die Versuche zur elektrodynamischen Fragmentierung. Die Sektion Mineralogie der Ludwig-Maximilians Universität München wird sämtliche Versuche zu hydrothermaler Extraktion und dem selektiven Filtern der Zielwertstoffe realisieren. Am Clausthaler Umwelttechnik-Institut wird zusätzlich eine Schlacke aus Elektroschrott hergestellt, um daran den Prozess-Wirkungsgrad für diesen Stoffbereich ermitteln zu können. CUTEC analysiert zudem einen Großteil des Eingangsmaterials. Die Simet GmbH, thyssenkrupp MillServices & Systems GmbH sowie die Stadtreinigung Hamburg treten zunächst als Materiallieferanten auf und führen einzelne Analysen aus. Durch die einzelnen Geschäftsfelder der Unternehmen kann eine Vielzahl von Materialien aus den unterschiedlichsten Industrieprozessen beschafft werden. Im Verlauf des Projektes können durch die Expertise der Industriepartner mögliche Verwertungswege für die einzelnen Metalle evaluiert und soweit möglich realisiert werden.