Im Rahmen des Projektes MinSEM werden Prozesse erforscht, die es ermöglichen, ein breites Spektrum an mineralischen Materialien so aufzubereiten, dass eine Rückgewinnung strategischer Metalle mit der Verwertung von Restfraktionen einhergeht.
Beim Recycling von Autoabgaskatalysatoren fallen große Mengen Schlacken an, die eine Vielzahl strategischer Metalle wie Cer und Lanthan aus der Gruppe der Seltenerdelemente sowie Platingruppenmetalle enthalten. Auch in den Produktionsrückständen von Brillengläsern, den sogenannten Flintgläsern, sind Seltenerdelemente in nicht vernachlässigbaren Mengen vorhanden. In oxidischer Form enthalten die Gläser einen Lanthan-Anteil von bis zu 40 Gew.-% und sind damit eine geeignete Lanthan-Rohstoffquelle. Bisher wurden diese wertvollen und zum Teil kritischen Elemente nicht zurückgewonnen, da eine adäquate Verfahrenskette von der Zerkleinerung über die Rückgewinnung bis hin zum Wiedereinsatz fehlte. Die Voraussetzungen zu schaffen, sie wieder in verwertbare Produkte überführen zu können und damit den Wertstoffkreislauf zu schließen, ist ein Ziel des Verbundprojekts »MinSEM«. Zudem sollen mit »MinSEM« grundlegende Erkenntnisse darüber gewonnen werden, inwiefern es möglich ist, Schlackenrestfraktionen aus den unterschiedlichen Wertströmen flexibel in Neuprodukten wiederzuverwenden. So ließe sich eine solche Verfahrensweise auch auf andere Stoffströme übertragen, zum Beispiel auf Schlacken aus Verhüttungsprozessen.
Für die Rückgewinnung der Seltenerdelemente und Platingruppenmetalle werden zwei innovative Verfahren angewendet. In einem ersten allgemeinen Schritt werden die Schlacken und Gläser zerkleinert und mechanochemisch bearbeitet. Bei der folgenden nasschemischen Behandlung entstehen konzentrierte wässrige Lösungen, die über »Flüssig-Flüssig Extraktionen« auf Basis ionischer Flüssigkeiten aufbereitet werden, um Seltenerdelemente und Platingruppenmetalle bis in den technischen Maßstab separieren zu können. In einem zweiten, auf die Wiederverwertung bei Spezialgläsern zugeschnittenen Verfahren sollen die Seltenerdelemente über Festkörper-Gas-Reaktionen selektiv von den Produktionsrückständen abgetrennt werden. So werden Seltenerdverbindungen generiert, die gegebenenfalls mit ionischen Flüssigkeiten weiter aufgearbeitet werden oder mit Hilfe einer thermischen Behandlung in die Oxide der Seltenerdelemente überführt werden können.
Die so gewonnenen Seltenerdmetalle sollen als Oxide im Herstellungsprozess von Spezialgläsern und in Form von Metallen als Rohstoff für die Herstellung von Hochtechnologieprodukten Anwendung finden. Die mineralischen Restfraktionen aus Schlacken und Gläsern sind wiederum im Baubereich einsetzbar. Bei entsprechender Qualität können hier große Mengen des Materials genutzt werden. Dies gilt für den Bereich der Baustoffe, wo das Material als Zuschlagstoff bei der Herstellung von Produkten wie Beton oder Geopolymeren eingesetzt werden kann, wie für den Verkehrswegebau.
Die Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS koordiniert das Projekt. Neben der Projektgruppe und der TU Dresden / Professur für Physikalische Organische Chemie haben sich in dem Konsortium die Unternehmen Duesmann & Hensel Recycling GmbH, ratiochem GmbH, Maleki GmbH, ThyssenKrupp MillServices & Systems GmbH und Barberini GmbH zusammengeschlossen. Die Partner bringen in das Forschungsprojekt die jeweiligen Kompetenzen und das Know-how ein, die es erst gebündelt ermöglichen, die einzelnen Projektphasen vom Labor bis hin zur Aufskalierung in den Pilot- Maßstab durchzuführen. Duesmann & Hensel Recycling und Barberini stellen das Schlackenmaterial sowie die Spezialgläser zur Verfügung. Gemeinsam mit der TU Dresden entwickelt die Fraunhofer-Projektgruppe IWKS die chemischen Verfahren. ratiochem und IWKS wiederum skalieren die chemischen Verfahren auf, während Maleki gemeinsam mit ThyssenKrupp die weiteren Untersuchungen zur Verwertung der Restfraktionen durchführt. Der Schmelzprozess wird optimiert durch Duesmann & Hensel Recycling.
Das Forschungsvorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 1,2 Mio. € im Rahmen des Förderschwerpunktes »r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe« im Rahmenprogramm »Forschung für nachhaltige Entwicklung (FONA) « gefördert.
