Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Der gr\u00f6\u00dfte Anteil der haushalts\u00fcblichen Kleinbatterien besteht aus Zink\/Kohle- und Alkali\/Mangan-Batterien. Die R\u00fccklaufquoten der Sammelmengen steigen stetig an und bilden mittlerweile einen umweltrelevanten Stoffstrom.
\nZiel des Vorhabens ist die Entwicklung eines effizienteren Recyclingverfahrens f\u00fcr Altbatterien durch das ELBO-Verfahren (Elektrolichtbogenofen). Bisher wurden die Inhaltsstoffe der Batterien (Mn, Zn und Fe) mit unzureichender Ausbeute und mit geringer Qualit\u00e4t zur\u00fcckgewonnen. Ein weiteres Ziel ist die Senkung der Energieverbrauchszahlen und der entstehenden Emissionen mit diesem Recyclingverfahren.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Vorhaben gliedert sich in folgende Arbeitsschritte:
\nSchritt 1 – Marktumfeld, Stoffstromoptimierung, Produktqualit\u00e4t (REDUX):
\n\tMarktanalyse zur Kl\u00e4rung von Bedarf, Mengenentwicklung, Schadstoffrelevanz, Marktprognosen, etc.;
\n\tAnalyse der Materialverluste bei der Aufbereitung, Beurteilung von Nebenreaktionen w\u00e4hrend und nach der mechanischen Behandlung;
\n\tMaterialcharakterisierungen (Mineralogie, Chemie, Konsistenz), Mischungsverh\u00e4ltnisse von Zn-Kohle\/Alkali-Mn-Altbatterien (Schwankungsbreite g\u00e4ngiger Marktmischungen);
\n\tStoffstromoptimierung hinsichtlich Produktqualit\u00e4t bzw. erforderlicher Anreicherungsgrad f\u00fcr Mn, Zn und C in der Teilstromaufbereitung.
\nSchritt 2 – Metallurgische Schmelzarbeit, Ferromangangewinnung (IME):
\n\tFeuchtegrad der Altbatterien (Beschickungssystem des Elektrolichtbogenofens: konventionell mit\/ohne Vorw\u00e4rmschacht, Einblasen, Hohlelektrode);
\n\tReaktionsf\u00e4higkeit des Kohlenstoffinhaltes bzw. Art und Menge des zus\u00e4tzlich erforderlichen Reduk-tionsmittels (Kohle, Koks);
\n\tZusammensetzung, Schmelzpunkt, Viskosit\u00e4t, Dichte, Wertmetallkapazit\u00e4t des einzustellenden Schlackensystems (Art und Menge der Schlackenzus\u00e4tze).
\nSchritt 3 – Abgaskondtionierung, Zinkgewinnung (IME):
\n\tVerstaubungsverluste und Zinkreduktionsgrad in Abh\u00e4ngigkeit vom Beschickungssystem;
\nSchritt 4 – Auswertung, technische Umsetzung (REDUX + IME).
\n\tQualit\u00e4t und Verwertbarkeit der erzeugten Produkte;
\n\t\u00d6koeffekt und Verwertungsstrategie.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Um die Manganausbeute im Zuge der Ferromangan-Produktion aus gebrauchten Prim\u00e4rbatterien zu er-h\u00f6hen, wurden im Vorfeld zum DBU-Projekt Versuche zum Schlacke-Metall-Gleichgewicht unter Argon-Atmosph\u00e4re durchgef\u00fchrt. Vier synthetische Schlackenserien: CaO-SiO2, CaO-SiO2-Al2O3, CaO-SiO2-MgO und CaO-SiO2-Al2O3-MgO, wurden in verschiedenen Zusammensetzungen mit zwei verschiedenen synthetischen FeMn-Legierungen (50 und 90 Massen-% Mn) zur Reaktion gebracht. F\u00fcnf Schlackenzu-sammensetzungen wurden identifiziert, die es erm\u00f6glichten mehr als 80 Massen-% Mn in der Legierung zu halten. Der wichtigste Faktor zur Steigerung des Mangangehalts in der FeMn-Legierung ist der CaO-Gehalt in der Schlacke bei gleichzeitig geringen Konzentrationen an MgO, die die Basizit\u00e4t der Schlacke verbessert. Die besten Ergebnisse wurden mit einer Schlackenzusammensetzung von 54 Gew.-% CaO, 6 Gew.-% SiO2, 37 Gew.-% Al2O3 und 3 Gew.-% MgO erzielt.
\nIm Rahmen des hier berichteten Projektes wurde die Erzeugung einer FeMn-Legierung und eines ZnO-Konzentrates aus pyrolisiertem Prim\u00e4renbatterieschrott praxisnah untersucht. Durch karbothermische Reduktion in einem Gleichstrom-Lichtbogenofen (SAF-Prozess) des IME, RWTH-Aachen konnte im Laborma\u00dfstab wie auch in Pilot-Versuchen die prinzipielle Machbarkeit anhand von drei verschiedenen Schlackenzusammensetzungen nachgewiesen werden. Parallel wurde der Prozess mittels thermoche-mischer Rechnungen (Software FactSage 5.3.1) theoretisch modelliert. Ein signifikanter Einfluss von verschiedenen Prozess-Parametern wie Temperatur, Schlackenzusammensetzung und Kohlenstoffzugabe konnte aufgezeigt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass eine FeMn-Legierung mit Mn\/Fe > 1 und ein ZnO-Konzentrat als getrennte Produkte gewonnen und Recyclingeffizienzen f\u00fcr Mn zwischen 44 und 62 %, f\u00fcr Fe zwischen 56 und 96 % und f\u00fcr Zink mit mehr als 90 % erreicht werden k\u00f6nnen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
–\tRombach, E.; R. Weyhe; T. M\u00fcller; R. Sanchez; J. B\u00f6hlke; T. Georgi; B. Friedrich: R\u00fcckgewinnung von Metallen aus verbrauchten Ger\u00e4tebatterien; Metall 62 (2008) 4, S. 203 – 208
\n–\tRombach, E.; B. Friedrich: Recyclingeffizienz – Stand der Technik am Beispiel von Prim\u00e4rbatte-rien; Vortragsveranstaltung: Die neue Batterierichtlinie – Herausforderung f\u00fcr Hersteller und GRS Batterien; GRS Forum Berlin, 10.10.2006; www.segmenta.de\/forum2006
\n–\tSanchez, R.; B. Friedrich: Optimization of the Ferromanganese Production from Spent Primary Batteries-Design of the Process Slag; Erzmetall 60 (2007) 1, S. 7 – 14
\n–\tRombach, E.; B. Friedrich: The Complexity of Defining Recycling Efficiencies in Primary Battery Re-cycling Processes; Proc.: EMC European Metallurgical Conference, June, 11 – 14, D\u00fcsseldorf, Germany; GDMB Medienverlag Clausthal-Zellerfeld, 2007, Vol. 2, pp. 741 – 755
\n–\tFriedrich, B.; T. Georgi; M. Ridderbusch: Development of a Calculation Method for Recycling Efficiencies of Battery Recycling Processes; Proc.: ICBR International Congress for Battery Recycling, June, 20 – 22, Budapest, Ungarn, 2007
\n–\tSanchez, R.; B. Friedrich: Optimisation of the FeMn and ZnO Production from Spent Pyrolised Primary Batteries – Feasibility of a DC-Submerged Arc Furnace; Erzmetall 61 (2008) 4, S. 255 – 269
\n–\tSanchez, R.: Optimierung der EAF-Schlacke bei der Herstellung von Ferromangan und Zink aus Prim\u00e4rbatterieschrott; Dissertation IME der RWTH Aachen (2008)<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Insgesamt bleibt festzuhalten, dass durch den Einsatz des Elektrolichtbogenofens nach den hier vorgestellten Untersuchungen die umweltrechtlichen Vorgaben der zu erwartenden neuen Batterierichtlinie hinsichtlich der Recyclingeffizienz beim Recycling von Zink-Kohle- und Alkali-Mangan-Batterien leichter erf\u00fcllt werden k\u00f6nnen. Zudem lassen sich auf Grund der Realisierbarkeit eines erh\u00f6hten Mangananteils im produzierten Ferromangan weit h\u00f6here Marktpreise erzielen als zurzeit m\u00f6glich. Auch k\u00f6nnte der durch die Einstufigkeit zu erwartende geringere Energiebedarf zu geringeren Energiekosten f\u00fchren, wodurch der Einsatz des Lichtbogenofens zum Recycling von Batterien sowohl \u00f6kologische als auch \u00f6konomische Vorteile mit sich bringen wurde.
\nDie Ergebnisse der Versuche zeigen eine Manganabnahme in der Schlacke durch eine Manganreduktion mit Kohlenstoff. Es k\u00f6nnen keine gesicherten Aussagen \u00fcber die Effizienz des Einblasens getroffen werden, die erhaltenen Ergebnisse deuten mit Werten von ca. 50 % bzw. ca. 80 % Kohlenstoffeffizienz aber darauf hin, dass das Kokseinblasen zum Schlackenarmschmelzen durchaus Potenzial hat.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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