Hydrometallurgy/Urban Mining

Im Zuge der aufkeimenden Elektromobilität ist das Thema „Mobile Stromversorgung“ von zentraler Bedeutung. Der momentane Stand der Technik für kompakte und mobile Stromversorgungseinheiten in Elektrofahrzeugen ist der Lithium-Ionen-Akku. Neben dieser Akku-Technologie gibt es noch zahlreiche andere Konzepte auf Basis Nickel-Cadmium oder Metallhydrid-Technologien. Der Lithium-Akku gilt als aussichtsreichste Variante für die Zukunft. Aus diesem Grund wird die Nachfrage nach Lithium zusammen mit immer mehr auf den Markt kommenden Elektroautomobilen und anderen Geräten weiter zunehmen. Die Lithium-Ionen-Technologie gilt jedoch als teuer. Nach dem aktuellen Stand der Entwicklungsstufe der Elektromobilität ist die Batterie das Teuerste am Elektroauto. Dies hängt auch mit der Rohstoffversorgung des Marktes zusammen. Ein wesentlicher Ansatz zur Reduktion der Akkupreise ist aus Sicht von MME der, dass Technologien zur Verfügung gestellt werden, die den Rohstoff Lithium aus kaputten Lithium-Ionen-Akkumulatoren als Reinstoff rückgewonnen werden soll, um diesen in einem geschlossenem Kreislauf der produzierenden Industrie zugeführt wird. Da Lithium-Ionen-Akkumulatoren aus einer Vielzahl an unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, ist nun die Herausforderung die, passende technologische Konzepte zur Separation der einzelnen Metallfraktionen zu designen. MME stellt sich der Herausforderung geeignete Recycling-Konzepte zu etablieren.

Aufgrund der akademischen Arbeit und einer mehrjährigen Forschungstätigkeit des Firmengründers im Bereich der Wolfram- und Kobaltchemie hat MME Engineering ein tiefes Verständnis für diese metallurgische Disziplin. Auch im Bereich der Refraktärmetallurgie wird das Thema Recycling immer wichtiger. MME Engineering hat das Know How über die Aufarbeitung von wolframhältigen Sekundärrohstoffen auf Basis hydrometallurgischer Prozessoperationen zur Gewinnung der Reinmetalle Wolfram, Kobalt, Nickel, Eise etc.

Die Chemie des Kobalts ist unzertrennlich mit dem Recycling von Hartmetallen verbunden. Dieser strategisch wichtiger Wertstoff wird für die Produktion von Hartmetalllegierungen als Binderphase benötigt. Zudem kommt Kobalt als Legierungsbestandteil in Schnellarbeitsstählen und Superlegierungen zum Einsatz. Weitere Anwendungsgebiete sind Katalysatoren (sog. Hydrofiner) für die Entschwefelung von schwefelhaltigen Kohlenwasserstoffen in der Petrochemie.

Kobalt ist ein seltenes Element mit einer Häufigkeit in der Erdkruste von ca. 0,004 %. Häufig werden bekannte Erzlagerstätten in politisch instabilen Regionen ausgebeutet, so zum Beispiel in der Republik Kongo. In diesem Land werden mit Abstand die größten Mengen an cobalthältigen Erz gefördert. Auch hier ist für die westliche Welt von entscheidender Bedeutung, dass dieser wertvolle Rohstoff mit Technologien rückgewonnen werden, die einen geschlossenen Rohstoffkreislauf ermöglichen.

Der Überbegriff „Urban Mining“ ist in der Fachwelt in aller Munde und steht für eine zunehmende Bereitschaft auch im Bereich der Sicherstellung der Rohstoffversorgung Konzepte zu entwickeln aus bestehenden Abfalllagerstätten Wertstoffe zu extrahieren, um diese der Fertigungsindustrie wieder zuzuführen. Der Zugang von MME Engineering zu diesem Thema liegt in hydrometallurgischen Konzepten. Alte Lagerstätten, die unter Umständen viele verschiedene Metalle beherbergen, würden mittels chemischen Aufschluss in die wässrige Phase überführt werden. Mittels Separationsschritten könnte man Reinmetalle gewinnen.

Kontrolltechnologien für Eisen in der Hydrometallurgie

Eisen ist als Begleitstoff beinahe in allen Ausgangsstoffen zugegen. Die Thematik der Eisenkontrolle ist Gegenstand ständiger Fachdiskussionen, was zeigt, wie wichtig diese Thematik für das Refining in der Hydrometallurgie ist. Die hydrolytische Fällung von Hämatit aus salzsauren oder schwefelsauren Lösungen ist eine technologische Möglichkeit zur selektiven Abscheidung der Eisenfraktion aus wässrigen Laugen. Dieser Prozess ist in der Literatur unter dem Namen PORI-Prozess bekannt und kann in Kombination mit vielen anderen hydrometallurgischen Prozessschritten zur Gestaltung eines Gesamtprozesses eingesetzt werden.

Rotschlammaufbereitung aus der Aluminiumindustrie

Rotschlamm ist ein eisenhältiges Abfallprodukt aus der Gewinnung von Aluminium aus seinen Erzen. Das klassische Verfahren heißt Bayer-Verfahren. Die charakteristische Farbe aus seinen Erzen stammt von Eisen(III)-Verbindungen. Meist handelt es sich um Fe(OH)3 oder Fe2O3. Neben Eisen sind in Abhängigkeit der Herkunft des Erzes auch nennenswerte Mengen an TiO2 in den Rotschlämmen vorhanden. In Spure können auch giftige Schwermetalle, wie Quecksilber, Cadmium, Chrom, Arsen enthalten sein. Die Rotschlämme werden deponiert und meistens nicht einer weiteren Aufarbeitung zugeführt. Zum Umweltproblem werden diese Deponien dann, wenn giftige Stoffe aus der Deponie in das Grundwasser gelangen oder Dämme brechen und ganz Landstriche verseuchen. So geschehen in Ungarn im Jahr 2010.

MME Engineering sieht sich in der Lage, hier einen technologischen Beitrag zur Aufarbeitung von Rotschlämmen zur Gewinnung von Eisen zu leisten.

Kupfer war eines der ersten Metalle, die der Menschheit in seiner technologischen Entwicklung weiterbrachte. Es ist mit Sicherheit ein Metall, das noch heutzutage einen extrem wichtigen Stellenwert in der Technologie hat. Insbesondere im elektrotechnischen Bereich ist Kupfer kaum durch andere Metalle zu ersetzen. Praktisch alle elektronischen und elektrotechnischen Bauteile sind aus einer Vielzahl unterschiedlicher Metalle gefertigt. Eine sortenreine Separation von Kupfer verlangt entsprechendes Wissen über den hydrometallurgischen Chemismus. MME kennt entsprechende technologische Strategien für die Rückgewinnung von Kupfer aus sekundären Rohstoffen, wie Schlacken und Schrotten. In der Disziplin der Hydrometallurgie sind viele technologische Konzepte möglich, um das gewünschte Ziel zu erreichen.

Das heutzutage praktisch ausschließlich durchgeführte Verfahren zur Gewinnung von Aluminium ist das sogenannte Bayer-Verfahren. Bei diesem Prozess wird Bauxit unter Druck mit Natronlauge bei 180°C aufgeschlossen. Hierbei löst sich Aluminium selektiv als Na[Al(OH)4], während Eisen als Oxid-Hydrat (Rotschlamm) mittels Filtration abgetrennt wird. Wegen der feinen Verteilung des Niederschlages ist die Filtration oft mit großen prozesstechnischen Problemen behaftet. Die Aluminiumfraktion wird zur Kristallisation gebracht und schließlich bei etwa 1200°C zu -Aluminiumoxid umgewandelt. Die Kieselsäure des Bauxits geht beim nassen Aufschluss größtenteils in das unlösliche Natrium-aluminium-silikat über, das gemeinsam mit Rotschlamm ausfällt. Die Bildung dieser Silikate ist demnach mit Aluminiumverlusten verbunden, welche naturgemäß mit höheren SiO2-Konzentrationen des Bauxits steigen. Aus diesem Grund gibt es für das klassische Bayer-Verfahren, das über die Jahrzehnte hinweg stetig optimiert wurde, Limitierungen der Einsetzbarkeit hinsichtlich der Zusammensetzung der Ausgangsstoffe.

MME Engineering verfügt über Know-How für alternative Routen zur Gewinnung von Aluminium aus Wertstoffquellen mit hohen silikatischen Anteilen bzw. mit hohen Eisenkonzentrationen. Mit diesen Verfahren können insbesondere Rohstoffe mit geringen Aluminiumkonzentrationen verarbeitet werden. Eine simultane Separation von Eisen und Aluminium stellt einen zentralen Punkt in diesem Verfahren dar.