Forschungsprojekt will Wertstoffkreisläufe schließen

Die Schlacken, die beim Recycling von Autoabgaskatalysatoren anfallen, und Produktionsrückstände von Brillengläsern haben etwas gemeinsam: Sie enthalten eine Vielzahl strategischer Metalle aus der Gruppe der Seltenerdelemente und Platingruppenmetalle. So enthalten die sogenannten Flintgläser in oxidischer Form einen Lanthan-Anteil von immerhin bis zu 40 Gewichtsprozent.

Die zweite Gemeinsamkeit: „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“, erklärt Carsten Gellermann von der Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategien (IWKS) und Koordinator des Verbundprojekts. Ein Ziel des „MinSEM“-Projekts sei, die Voraussetzungen zu schaffen, dass diese Elemente wieder in verwertbare Produkte überführt werden können und damit den Wertstoffkreislauf zu schließen.

Darüber hinaus erhoffen sich die Forschungspartner grundlegende Erkenntnisse darüber, 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“, sagt Gellermann.

Zwei Separierungsverfahren für Seltenerd- und Platingruppenmetalle

Für die Rückgewinnung der Seltenerdelemente und Platingruppenmetalle werden laut der Fraunhofer-Projektgruppe IWKS zwei innovative Verfahren angewendet. Beide Wege beginnen mit der Zerkleinerung und mechanochemischen Bearbeitung der Schlacken und Gläser. Danach schließe sich beim ersten Verfahren eine nasschemische Behandlung an. Dabei entstünden konzentrierte wässrige Lösungen, die über Flüssig-Flüssig-Extraktionen auf Basis ionischer Flüssigkeiten aufbereitet würden, 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 würden Seltenerdverbindungen generiert, die gegebenenfalls mit ionischen Flüssigkeiten weiter aufgearbeitet werden oder mit Hilfe einer thermischen Behandlung in die Oxide der Seltenerdelemente überführt werden könnten.

Die so gewonnenen Seltenerdmetalle sollen laut Fraunhofer-Forscher 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 seien wiederum im Baubereich einsetzbar. Bei entsprechender Qualität könnten hier große Mengen des Materials genutzt werden. Denkbar wäre beispielsweise eine Anwendung im Bereich der Baustoffe, wo das Material als Zuschlagstoff bei der Herstellung von Produkten wie Beton oder Geopolymeren eingesetzt werden könne oder auch beim Verkehrswegebau.

Die Fraunhofer-Projektgruppe IWKS, die am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung angesiedelt ist, koordiniert das Verbundprojekt. Neben der Projektgruppe und dem Institut für Physikalische Organische Chemie der TU Dresden haben sich fünf Unternehmen dem Konsortium angeschlossen: Duesmann & Hensel Recycling, Ratiochem Chemicals and Consulting, der Baustoffhersteller Maleki GmbH, ThyssenKrupp Mill Services & Systems und der Glasverarbeiter und -Veredeler Barberini. Das Forschungsvorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 1,2 Millionen Euro gefördert.