Projekt 38558/01

Ressourceneffizientes Recycling kritischer Technologiemetalle aus der Klärschlammasche

Projektträger

MEAB Chemie Technik GmbH
Dennewartstr. 25
52068 Aachen
Telefon: +49 241 9631180

Zielsetzung

Technologiemetalle kommen aufgrund ihrer exponierten Materialeigenschaften in vielen Zukunftstechnologien zum Einsatz. Ein Problem stellen die aktuellen Gewinnungsarten der Metalle dar. Zum einen finden sich die größten Lagerstätten in den ärmsten Ländern der Welt, was zu enormen Preis- und Lieferproblemen führt. Die Preise für die Metalle haben sich teilweise verdoppelt. Zum anderen werden zur Gewinnung Wälder gerodet, Flüsse vergiftet, Menschen ausgebeutet und ganze Ökosysteme zerstört. In Kombination mit dem enormen Energieverbrauch sind die Abbaupraktiken eine der größten Umweltbedrohungen unserer Zeit geworden.
Eine bisher noch ungenutzte Quelle für die (Rück-)Gewinnung von Technologiemetallen stellt Klärschlamm bzw. Klärschlammasche dar. Bisher werden diese Aschen fast ausschließlich auf Deponien entsorgt. Ab 2029 wird es aber aufgrund der Klärschlammverordnung eine große Änderung im Bereich des Klärschlammes geben, durch die die Rückgewinnung von Phosphor gesetzlich verpflichtend wird. Bei den zur Rückgewinnung häufig verwendeten, nasschemischen Verfahren werden die Klärschlammaschen in saure Lösung gebracht, um den Phosphor quantitativ zu lösen. Dabei gehen auch verschiedene Metalle in unterschiedlichem Maße in Lösung und liegen so bereits als Ionen vor. Durch den nasschemischen Aufschluss wird die Möglichkeit der Rückgewinnung von weiteren Rohstoffen, insb. von den Technologiemetallen, ressourcentechnisch und wirtschaftlich deutlich verbessert.
Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines technischen Moduls, mit welchem es möglich ist, im Zuge der P Rückgewinnung auch bestimmte Metalle aus der Klärschlammasche zu recyceln. Das entwickelte Modul soll direkt an den Verfahrensschritt der nasschemischen P-Rückgewinnung gekoppelt werden, ohne diesen zu beeinträchtigen. Durch den modularen Charakter soll das Recyclingverfahren einfach an die vorherr¬schenden Zusammensetzungen des Klärschlamms/ der Asche (z.B. bei besonders hohem Anteil an Nd) sowie die entstehende Menge angepasst werden. Um eine möglichst übertragbare Integration des Moduls in bestehende Anlagen zu ermöglichen, sollen zudem noch Bemessungsgrundlagen erarbeitet werden. Somit ist der Separationsprozess immer wirtschaftlich optimal ausgelegt und an beliebigen Anlagen(-größen) einsetzbar. Das Modul wird einen erheblichen Beitrag zur Umweltentlastung in den Bereichen des Landschutzes, der CO2-Emissionen und der Ressourcenschonung leisten.

Arbeitsschritte

Für die Separation liegen die Metalle, aufgrund der üblichen Behandlung mit konzentrierten Säuren im nasschemischen P-Rückgewinnungsverfahren, bereits als Ionen in Lösung vor. Im Rahmen der P-Rückgewinnung gibt es jedoch unterschiedliche Zwischen- und Endprodukte. Um ein möglichst wirtschaftliches Verfahren zu entwickeln, wird die RWTH im ersten Schritt eruieren welches Zwischen- bzw. Endprodukt sich am besten für die Separation der Technologiemetalle eignet.

Parallel dazu analysiert MEAB die Wirksamkeit von ausgewählten Extraktions- und Fällmitteln auf die Zwischen- und Endprodukte. Dafür werden systematische Versuche mit Extraktions- und Fällmitteln durchführt. Aufbauend auf den Ergebnissen der Analysen der RWTH und von MEAB erarbeitet MEAB ein Konzept für den Verfahrensablauf zur maximalen Abtrennung der Metalle.

Zur Entwicklung des Verfahrens werden MEAB und RWTH die selektiven Separationsstufen ausgehend von hydrometallurgischen Prozessen im Labormaßstab untersuchen. Der Fokus von MEAB liegt auf der Flüssig-Flüssig-Extraktion, während sich die RWTH auf Ionentauscher und selektive Fällung fokussiert. Dabei arbeiten die Partner eng zusammen und entwickeln gemeinsam den optimalen Ablauf des Verfahrens mit maximaler Extraktion ohne Beeinträchtigung der P-Rückgewinnung. Auf Basis der Ergebnisse wird MEAB im nächsten Schritt den optimalen Reaktorablauf für die Separation eruieren und diesen in den Technikums-Maßstab überführen. Die RWTH begleitet diese Entwicklungen mittels Analysen insb. hinsichtlich der Reinheit der Produkte. Des Weiteren wird die RWTH eine quantitative Ressourcenbetrachtung durchführen. Dabei werden die zur Separation benötigten Materialien sowie eine Energiebilanz aufgestellt. Diese wird anschließend hinsichtlich Optimierungs-potential analysiert und konkrete Ansätze werden abgeleitet.

Der Projektpartner ATEMIS wird parallel dazu allgemeine Bemessungsgrundlagen für das Modul sowie technische Lösungen zur Integration des Moduls im Nebenstrom in die Gesamtanlage entwickeln. MEAB wird aufbauend auf den Optimierungen der RWTH und der Bemessungsgrundlagen von ATEMIS einen Demonstrator des Moduls erstellen. Am Ende des Projektes werden die Funktionsfähigkeit sowie die Integration des Moduls idealerweise anhand von Reallösungen (Proben aus bestehenden P-Rückgewinnungsanlagen) getestet.

Übersicht

Fördersumme

314.937,00 €

Förderzeitraum

01.09.2023 - 31.08.2025

Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Schlagwörter

Resource conservation
Umwelttechnik